JP5897255B2 - Optical element and manufacturing method thereof - Google Patents

Optical element and manufacturing method thereof Download PDF

Info

Publication number
JP5897255B2
JP5897255B2 JP2010248879A JP2010248879A JP5897255B2 JP 5897255 B2 JP5897255 B2 JP 5897255B2 JP 2010248879 A JP2010248879 A JP 2010248879A JP 2010248879 A JP2010248879 A JP 2010248879A JP 5897255 B2 JP5897255 B2 JP 5897255B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
photonic crystal
main surface
optical element
polymer
wavelength
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2010248879A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2012103277A (en
Inventor
孝彦 山中
孝彦 山中
滋郎 原
滋郎 原
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hamamatsu Photonics KK
Original Assignee
Hamamatsu Photonics KK
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hamamatsu Photonics KK filed Critical Hamamatsu Photonics KK
Priority to JP2010248879A priority Critical patent/JP5897255B2/en
Publication of JP2012103277A publication Critical patent/JP2012103277A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5897255B2 publication Critical patent/JP5897255B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Description

本発明は、光学素子及びその製造方法に関する。特に、高分子フォトニック結晶を備えた光学素子及びその製造方法に関する。   The present invention relates to an optical element and a manufacturing method thereof. In particular, the present invention relates to an optical element including a polymer photonic crystal and a manufacturing method thereof.

フォトニック結晶は、屈折率の互いに異なる物質が光の波長程度の大きさのユニットで周期的に配列した構造体であり、屈折率周期構造に起因して特定波長の光を完全に遮断するバンドギャップ(フォトニックバンドギャップ)が発生することが知られている。このような屈折率周期構造を調整することで、特定波長の光の透過性を制御可能であることが知られている。   A photonic crystal is a structure in which substances with different refractive indexes are periodically arranged in units of the order of the wavelength of light, and a band that completely blocks light of a specific wavelength due to the refractive index periodic structure. It is known that a gap (photonic band gap) occurs. It is known that the transmittance of light of a specific wavelength can be controlled by adjusting such a refractive index periodic structure.

また、1次元フォトニック結晶、すなわち屈折率の異なる物質の多層膜は、その多層構造の周期に応じて特定波長を反射し、透過しないというノッチフィルタとして利用することが可能である。このような多層膜は、従来から蒸着法やスパッタリング法によって作製され、広く使用されている。   In addition, a one-dimensional photonic crystal, that is, a multilayer film of substances having different refractive indexes, can be used as a notch filter that reflects a specific wavelength according to the period of the multilayer structure and does not transmit it. Such a multilayer film is conventionally produced by a vapor deposition method or a sputtering method and widely used.

蒸着法やスパッタリング法の場合、大型の真空装置を用いる必要があり作業も煩雑であるのに対し、多層膜をより簡便に作製可能な方法として、屈折率の異なる高分子材料をスピンコート法によって積層する方法が知られている(例えば、下記特許文献1参照)。しかしながら、特許文献1の製造方法では、多数回にわたってスピンコートを行う必要があり、充分に簡便な方法とは言えない。   In the case of vapor deposition and sputtering, it is necessary to use a large vacuum device and the work is complicated. On the other hand, as a method for easily producing a multilayer film, polymer materials having different refractive indexes are applied by spin coating. A method of stacking is known (for example, see Patent Document 1 below). However, in the manufacturing method of Patent Document 1, it is necessary to perform spin coating many times, and it cannot be said that the method is sufficiently simple.

前記トップダウン法により作製されるフォトニック結晶に対して、近年、ブロック共重合体が自己組織化することで形成されるミクロ相分離構造を屈折率周期構造として有するフォトニック結晶が知られている(例えば、下記特許文献2参照)。この場合、大型の装置(例えば蒸着装置、パターン露光装置、スパッタリング装置)を用いる必要のあるトップダウン加工により誘電体多層膜を形成する場合と比較して、ブロック共重合体の自己組織化を利用することによりフォトニック結晶を非常に低コストに作製可能である。   In contrast to the photonic crystal produced by the top-down method, a photonic crystal having a microphase separation structure formed by self-organization of a block copolymer as a refractive index periodic structure is known in recent years. (For example, refer to Patent Document 2 below). In this case, the self-organization of the block copolymer is used compared to the case where the dielectric multilayer film is formed by top-down processing that requires the use of a large apparatus (eg, vapor deposition apparatus, pattern exposure apparatus, sputtering apparatus). By doing so, a photonic crystal can be manufactured at a very low cost.

しかしながら、光学素子の光学特性(例えば透過特性)を向上させるためには、ミクロ相分離構造におけるミクロドメインの配向性を制御することが不可欠であるが、従来のミクロ相分離構造の多くは多結晶体であり、屈折率周期構造は無配向である。また、フォトニック結晶が溶媒を多量に含むゲル状であるため構造安定性に問題がある特許文献2の製造方法のように、ミクロドメインの配向制御が容易でない場合もある。   However, in order to improve the optical characteristics (for example, transmission characteristics) of the optical element, it is indispensable to control the orientation of the microdomains in the microphase separation structure, but many of the conventional microphase separation structures are polycrystalline. The refractive index periodic structure is non-oriented. In addition, since the photonic crystal is in the form of a gel containing a large amount of solvent, the orientation control of the microdomains may not be easy as in the manufacturing method of Patent Document 2, which has a problem in structural stability.

特開2005−55543号公報JP-A-2005-55543 国際公開第2008/047514号パンフレットInternational Publication No. 2008/047514 Pamphlet 特開2008−55579号公報JP 2008-55579 A

Nature Materials 6, 957−960(2007)Nature Materials 6, 957-960 (2007) Polymer Journal 37,12,900−905(2005)Polymer Journal 37, 12, 900-905 (2005) Macromolecules 32、3695−3711(1999)Macromolecules 32, 3695-3711 (1999). Current Opinion in Colloid & Interface Science 5, 342−350(2000)Current Opinion in Colloid & Interface Science 5, 342-350 (2000)

また、近年、ラマン分光装置や蛍光顕微鏡等に使用される特定波長をブロックする多層膜フィルタとして、結晶の主面に対して平行に配向したラメラ状のミクロドメインをミクロ相分離構造に含む高分子フォトニック結晶を用いることが検討されており、その光学特性を向上させることが求められている。しかしながら、従来検討されているミクロ相分離構造を有するフォトニック結晶を用いた多層膜フィルタは、現在市販されている誘電体多層膜フィルタと同等の光学特性を有するには至っておらず(例えば、上記非特許文献1参照)、例えばラマン分光装置のフィルタとして使用することは困難である。   In recent years, as a multilayer filter for blocking specific wavelengths used in Raman spectroscopes, fluorescence microscopes, etc., a polymer containing lamellar microdomains oriented parallel to the main surface of the crystal in a microphase separation structure The use of photonic crystals has been studied, and it is required to improve the optical characteristics thereof. However, a multilayer filter using a photonic crystal having a microphase separation structure, which has been studied in the past, does not have optical characteristics equivalent to those of a dielectric multilayer filter currently on the market (for example, the above-mentioned For example, it is difficult to use as a filter of a Raman spectroscopic device.

本発明は、上記課題を解決しようとするものであり、結晶の主面に対して略平行に配向したラメラ状のミクロドメインをミクロ相分離構造に含む高分子フォトニック結晶を備え、従来に比して光学特性を向上させることが可能な光学素子及びその製造方法を提供することを目的とする。   The present invention is intended to solve the above-described problem, and includes a polymer photonic crystal including lamellar microdomains oriented in a direction substantially parallel to the main surface of the crystal in a microphase separation structure. It is an object of the present invention to provide an optical element capable of improving optical characteristics and a method for manufacturing the same.

ここで、誘電体多層膜フィルタが用いられるラマン分光測定は、レーザー等の励起光を試料に照射することで発生した微弱なラマン散乱光を検出する測定法である。ラマン散乱光を検出する際には、フィルタによって励起光をブロックする必要がある。また、ラマン散乱光の波長は励起波長と近い場合があるため、フィルタにより励起光のみを選択的にブロックする必要がある。そのため、結晶の主面に対して平行に配向したラメラ状のミクロドメインをミクロ相分離構造に含む高分子フォトニック結晶をラマン分光測定に用いる場合、ミクロドメインの配向性が高いことが重要な課題となる。   Here, Raman spectroscopic measurement using a dielectric multilayer filter is a measurement method for detecting weak Raman scattered light generated by irradiating a sample with excitation light such as a laser. When detecting Raman scattered light, it is necessary to block the excitation light by a filter. In addition, since the wavelength of the Raman scattered light may be close to the excitation wavelength, it is necessary to selectively block only the excitation light with a filter. Therefore, when polymer photonic crystals containing lamellar microdomains oriented parallel to the main surface of the crystal in the microphase separation structure are used for Raman spectroscopic measurement, it is important that the orientation of the microdomains is high. It becomes.

ラメラ状のミクロドメインを基板表面で配向制御する場合、基板表面に特別な処理を施すことなくラメラ状のミクロドメインが当該基板の主面に対して平行に配向し易いと考えられており、ラメラ状のミクロドメインを結晶の主面に対して平行に配向制御することは容易であると考えられる傾向にある。そのため、このようなラメラ状のミクロドメインの配向制御方法については近年あまり報告されておらず、ブロック共重合体を含有する溶液にずり流動場を印加することによって主面に対して平行にミクロドメインを配向制御すること等がわずかに報告されているだけである(例えば、上記特許文献3及び上記非特許文献2〜4参照)。   When controlling the orientation of lamellar microdomains on the substrate surface, it is considered that lamellar microdomains are easily oriented parallel to the main surface of the substrate without any special treatment on the substrate surface. It tends to be considered that it is easy to control the orientation of the shaped microdomains parallel to the main surface of the crystal. For this reason, there have been few reports on the orientation control method for such lamellar microdomains in recent years. By applying a shear flow field to a solution containing a block copolymer, the microdomains are parallel to the main surface. There are only a few reports on controlling the orientation of the film (for example, see Patent Document 3 and Non-Patent Documents 2 to 4).

しかしながら、上記非特許文献2〜4では、ずり速度がミクロドメインの配向性に与える影響について検討されているものの、フォトニック結晶として利用可能なほどミクロ相分離構造の周期構造が大きなものではなく、また、フォトニック結晶光学素子として利用するには配向性が充分ではない。   However, in the above Non-Patent Documents 2 to 4, although the influence of the shear rate on the orientation of the microdomain is examined, the periodic structure of the microphase separation structure is not so large that it can be used as a photonic crystal, Further, the orientation is not sufficient for use as a photonic crystal optical element.

本発明者は、上記課題解決のために鋭意検討した結果、従来のブロック共重合体のミクロ相分離構造を利用した高分子フォトニック結晶では、ミクロドメインが結晶の主面に対して充分に略平行に配向していない領域を含むことにより、このような高分子フォトニック結晶をラマン分光測定等に用いても充分な光学特性が得られないことを見出した。   As a result of diligent investigations for solving the above problems, the present inventors have found that in the conventional polymer photonic crystal using the microphase separation structure of the block copolymer, the microdomains are sufficiently short with respect to the main surface of the crystal. It has been found that by including a region which is not oriented in parallel, sufficient optical properties cannot be obtained even when such a polymer photonic crystal is used for Raman spectroscopic measurement or the like.

すなわち、本発明に係る光学素子は、互いに対向する第1の主面及び第2の主面を有する高分子フォトニック結晶を備え、高分子フォトニック結晶が、ブロック共重合体を含有すると共に、ラメラ状のミクロドメインを含むミクロ相分離構造を有し、ミクロドメインのそれぞれが、第1の主面又は第2の主面の少なくとも一方に対して略平行に配向している。   That is, the optical element according to the present invention includes a polymer photonic crystal having a first main surface and a second main surface facing each other, and the polymer photonic crystal contains a block copolymer, It has a microphase separation structure including lamellar microdomains, and each of the microdomains is oriented substantially parallel to at least one of the first main surface or the second main surface.

本発明に係る光学素子では、高分子フォトニック結晶がラメラ状のミクロドメインを含むミクロ相分離構造を有しているため、ミクロドメインの配向状態に依存した光学特性(例えば透過特性)を発現できる。そして、本発明に係る光学素子では、ラメラ状のミクロドメインのそれぞれが、第1の主面又は第2の主面の少なくとも一方に対して略平行に配向している。これにより、本発明に係る光学素子では、ミクロドメインが結晶の主面に対して充分に略平行に配向していない領域を含む従来のフォトニック結晶を用いる光学素子に比して光学特性を向上させることができる。   In the optical element according to the present invention, since the polymer photonic crystal has a microphase separation structure including lamellar microdomains, optical characteristics (for example, transmission characteristics) depending on the orientation state of the microdomains can be exhibited. . In the optical element according to the present invention, each of the lamellar microdomains is oriented substantially parallel to at least one of the first main surface or the second main surface. Thereby, in the optical element according to the present invention, the optical characteristics are improved as compared with the optical element using the conventional photonic crystal including the region in which the microdomain is not oriented substantially parallel to the main surface of the crystal. Can be made.

第1の主面又は第2の主面の少なくとも一方に略垂直な複数の断面におけるミクロドメインの平均配向度は、互いに略同一であることが好ましい。この場合、ブロック共重合体を用いた従来のフォトニック結晶の光学素子に比して光学特性を更に向上させることができる。   The average degree of orientation of the microdomains in a plurality of cross sections substantially perpendicular to at least one of the first main surface or the second main surface is preferably substantially the same. In this case, the optical characteristics can be further improved as compared with a conventional photonic crystal optical element using a block copolymer.

下記式(1)で定義されるミクロドメインの平均配向度Pは、0.92以上であることが好ましい。この場合、ブロック共重合体を用いた従来のフォトニック結晶の光学素子に比して光学特性を更に向上させることができる。

(式中、μは小角X線散乱測定における方位角を表し、<cosμ>は下記式(2)で定義される。)

(式中、I(μ)は方位角μにおける散乱強度を表す。)
The average orientation degree P of microdomains defined by the following formula (1) is preferably 0.92 or more. In this case, the optical characteristics can be further improved as compared with a conventional photonic crystal optical element using a block copolymer.

(In the formula, μ represents an azimuth angle in small-angle X-ray scattering measurement, and <cos 2 μ> is defined by the following formula (2).)

(In the formula, I (μ) represents the scattering intensity at the azimuth angle μ.)

高分子フォトニック結晶の透過スペクトルは、下記式(3)で定義される傾斜Gが2.0%未満である波長帯域を阻止帯域と通過帯域との間に有することが好ましい。この場合、ブロック共重合体を用いた従来のフォトニック結晶の光学素子に比して光学特性を更に向上させることができる。

(式中、λ50は上記波長帯域において透過率50%を示す波長(nm)を表し、λは、阻止帯域及び上記波長帯域の境界の波長(nm)を表す。)
The transmission spectrum of the polymer photonic crystal preferably has a wavelength band in which the gradient G defined by the following formula (3) is less than 2.0% between the stop band and the pass band. In this case, the optical characteristics can be further improved as compared with a conventional photonic crystal optical element using a block copolymer.

(In the formula, λ 50 represents a wavelength (nm) showing a transmittance of 50% in the wavelength band, and λ B represents a wavelength (nm) at the boundary between the stop band and the wavelength band.)

ブロック共重合体の重量平均分子量は、8.0×10(g/mol)以上であることが好ましい。この場合、フォトニック結晶としての光学特性を発現させるために必要な周期構造を更に良好に得ることができる。 The weight average molecular weight of the block copolymer is preferably 8.0 × 10 5 (g / mol) or more. In this case, a periodic structure necessary for expressing optical characteristics as a photonic crystal can be obtained more satisfactorily.

高分子フォトニック結晶は、アクリレート及びメタクリレートからなる群より選ばれる少なくとも1種の光重合性モノマーを含む組成物を重合させて得られる高分子化合物を更に含有することが好ましい。   The polymer photonic crystal preferably further contains a polymer compound obtained by polymerizing a composition containing at least one photopolymerizable monomer selected from the group consisting of acrylates and methacrylates.

高分子フォトニック結晶は、フタル酸エステル、アジピン酸エステル、リン酸エステル、トリメリット酸エステル、クエン酸エステル、エポキシ化合物及びポリエステルからなる群より選ばれる少なくとも1種を更に含有してもよい。   The polymer photonic crystal may further contain at least one selected from the group consisting of phthalic acid ester, adipic acid ester, phosphoric acid ester, trimellitic acid ester, citric acid ester, epoxy compound and polyester.

本発明者は、ラメラ状のミクロドメインを配向制御するに際して、高分子フォトニック結晶となる溶液にランダムずり流動場を印加することで、上記特許文献3に示されるように特定の一軸方向のみにずり流動場を印加する場合と比較して、ミクロドメインを良好に配向制御することが可能であることを見出した。   When controlling the orientation of lamellar microdomains, the present inventor applies a random shear flow field to a solution that becomes a polymer photonic crystal, so that only in a specific uniaxial direction as shown in Patent Document 3 above. It was found that the orientation of the microdomains can be controlled better than when a shear flow field is applied.

すなわち、本発明に係る光学素子の製造方法は、互いに対向する第1部材の主面及び第2部材の主面の間に、ブロック共重合体と、光重合開始剤と、当該ブロック共重合体及び光重合開始剤を可溶な光重合性モノマーとを含有する溶液を介在させた状態で、第1部材の主面又は第2部材の主面の少なくとも一方に略平行な互いに異なる方向に第1部材及び第2部材を上記溶液に対して相対移動させて、ランダムずり流動場を上記溶液に対して印加する第1工程と、第1工程の後、上記溶液に光を照射して光重合性モノマーを重合させ、ラメラ状のミクロドメインが第1部材の主面又は第2部材の主面の少なくとも一方に対して略平行に配向した高分子フォトニック結晶を得る第2工程と、を備える。   That is, in the method for manufacturing an optical element according to the present invention, a block copolymer, a photopolymerization initiator, and the block copolymer are disposed between the main surface of the first member and the main surface of the second member facing each other. And a photopolymerization initiator in a different direction substantially parallel to at least one of the main surface of the first member and the main surface of the second member with a solution containing a soluble photopolymerizable monomer interposed therebetween. A first step in which one member and a second member are moved relative to the solution, and a random shear flow field is applied to the solution. After the first step, the solution is irradiated with light and photopolymerized. And a second step of polymerizing a photopolymerizable monomer to obtain a polymer photonic crystal in which lamellar microdomains are oriented substantially parallel to at least one of the main surface of the first member and the main surface of the second member. .

本発明において、「ランダムずり流動場」とは、第1部材及び第2部材を溶液に対して相対移動させることで第1部材の主面又は第2部材の主面の少なくとも一方に略平行な面内において複数方向に印加されるずり流動場をいう。ランダムずり流動場は、特定の一軸方向のみに印加されるずり流動場や、特定の一軸を基準として同心円状に印加される流動場とは異なるものである。   In the present invention, the “random shear flow field” means that the first member and the second member are moved relative to the solution to be substantially parallel to at least one of the main surface of the first member and the main surface of the second member. A shear flow field applied in multiple directions in a plane. The random shear flow field is different from a shear flow field applied only in a specific uniaxial direction or a flow field applied concentrically with reference to a specific uniaxial direction.

本発明に係る光学素子の製造方法では、第1工程において、互いに対向する第1部材の主面及び第2部材の主面の間に、ブロック共重合体と光重合開始剤と光重合性モノマーとを含有する溶液を介在させた状態で、第1部材の主面又は第2部材の主面の少なくとも一方に略平行な互いに異なる方向に第1部材及び第2部材を溶液に対して相対移動させて、ランダムずり流動場を溶液に対して印加する。これにより、ミクロ相分離構造におけるラメラ状のミクロドメインのそれぞれが、第1部材の主面又は第2部材の主面の少なくとも一方に対して略平行に配向制御される。そして、第2工程において、溶液中の光重合性モノマーを重合させることにより、第1工程で得られたミクロ相分離構造の配向状態を保持しつつミクロ相分離構造を固定化して高分子フォトニック結晶を得ることができる。本発明に係る光学素子の製造方法では、ミクロドメインのそれぞれが第1部材の主面又は第2部材の主面の少なくとも一方に対して略平行に配向制御されるため、ミクロドメインが結晶の主面に対して充分に略平行に配向していない領域を含む従来のブロック共重合体を用いたフォトニック結晶の光学素子に比して光学特性を向上させることができる。   In the method for producing an optical element according to the present invention, in the first step, a block copolymer, a photopolymerization initiator, and a photopolymerizable monomer are disposed between the main surface of the first member and the main surface of the second member that face each other. The first member and the second member are moved relative to the solution in different directions substantially parallel to at least one of the main surface of the first member and the main surface of the second member with a solution containing And applying a random shear flow field to the solution. Accordingly, the orientation of each of the lamellar microdomains in the microphase separation structure is controlled substantially parallel to at least one of the main surface of the first member and the main surface of the second member. In the second step, the photopolymerizable monomer in the solution is polymerized to fix the microphase separation structure while maintaining the orientation state of the microphase separation structure obtained in the first step. Crystals can be obtained. In the method of manufacturing an optical element according to the present invention, each of the microdomains is controlled to be oriented substantially parallel to at least one of the main surface of the first member and the main surface of the second member. Optical characteristics can be improved as compared with a photonic crystal optical element using a conventional block copolymer including a region that is not oriented substantially parallel to the surface.

また、本発明に係る光学素子の製造方法では、溶液に対してランダムずり流動場を印加し、ブロック共重合体が自己組織化することでミクロ相分離構造が形成される。これにより、トップダウン加工によりフォトニック結晶を形成する場合に比して、フォトニック結晶の製造コストを大幅に低減させることができる。   In the method for producing an optical element according to the present invention, a random shear flow field is applied to the solution, and the block copolymer is self-organized to form a microphase separation structure. Thereby, compared with the case where a photonic crystal is formed by top-down processing, the manufacturing cost of the photonic crystal can be significantly reduced.

ブロック共重合体の重量平均分子量は、8.0×10(g/mol)以上であることが好ましい。この場合、フォトニック結晶としての光学特性を発現させるために必要な周期構造を更に良好に得ることができる。 The weight average molecular weight of the block copolymer is preferably 8.0 × 10 5 (g / mol) or more. In this case, a periodic structure necessary for expressing optical characteristics as a photonic crystal can be obtained more satisfactorily.

光重合性モノマーは、アクリレート及びメタクリレートからなる群より選ばれる少なくとも1種であることが好ましい。   The photopolymerizable monomer is preferably at least one selected from the group consisting of acrylates and methacrylates.

上記溶液は、フタル酸エステル、アジピン酸エステル、リン酸エステル、トリメリット酸エステル、クエン酸エステル、エポキシ化合物及びポリエステルからなる群より選ばれる少なくとも1種を更に含有してもよい。   The solution may further contain at least one selected from the group consisting of phthalic acid esters, adipic acid esters, phosphoric acid esters, trimellitic acid esters, citric acid esters, epoxy compounds and polyesters.

本発明によれば、結晶の主面に対して略平行に配向したラメラ状のミクロドメインをミクロ相分離構造に含む高分子フォトニック結晶を備え、従来に比して光学特性を向上させることが可能な光学素子を提供することができる。また、本発明によれば、このような光学素子を簡便で安価な方法で作製可能な製造方法を提供することができる。これにより、大面積の高分子フォトニック結晶を備えた光学素子を容易に製造することもできる。   According to the present invention, a polymer photonic crystal including a lamellar microdomain oriented substantially parallel to the main surface of the crystal in a microphase-separated structure is provided, and optical characteristics can be improved as compared with the prior art. Possible optical elements can be provided. In addition, according to the present invention, it is possible to provide a production method capable of producing such an optical element by a simple and inexpensive method. Thereby, an optical element provided with a large-area polymer photonic crystal can be easily manufactured.

本発明の一実施形態に係る光学素子を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the optical element which concerns on one Embodiment of this invention. 屈折率周期構造と透過スペクトルの波長分布との関係を説明するための図面である。It is drawing for demonstrating the relationship between a refractive index periodic structure and the wavelength distribution of a transmission spectrum. エッジ急峻度の算出方法を説明するための透過スペクトルを示す図面である。It is drawing which shows the transmission spectrum for demonstrating the calculation method of edge steepness. ピークの対称性の算出方法を説明するための透過スペクトルを示す図面である。It is drawing which shows the transmission spectrum for demonstrating the calculation method of the symmetry of a peak. 本発明の一実施形態に係る光学素子の製造方法の一工程を示す図面である。It is drawing which shows 1 process of the manufacturing method of the optical element which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の他の一実施形態に係る光学素子の製造方法の一工程を示す図面である。It is drawing which shows 1 process of the manufacturing method of the optical element which concerns on other one Embodiment of this invention. 本発明の他の一実施形態に係る光学素子の製造方法の一工程を示す図面である。It is drawing which shows 1 process of the manufacturing method of the optical element which concerns on other one Embodiment of this invention. 実施例1の高分子フォトニック結晶フィルムのTEM写真である。2 is a TEM photograph of the polymer photonic crystal film of Example 1. 比較例1の高分子フォトニック結晶フィルムのTEM写真である。2 is a TEM photograph of a polymer photonic crystal film of Comparative Example 1. 高分子フォトニック結晶フィルムの2次元散乱パターンを示す図面である。It is drawing which shows the two-dimensional scattering pattern of a polymer photonic crystal film. 高分子フォトニック結晶フィルムにおける散乱強度の方位角依存性を示す図面である。It is drawing which shows the azimuth angle dependence of the scattering intensity in a polymer photonic crystal film. 高分子フォトニック結晶フィルムの透過スペクトルを示す図面である。It is drawing which shows the transmission spectrum of a polymer photonic crystal film.

以下、本発明に係る光学素子及びその製造方法の好適な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。   DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of an optical element and a manufacturing method thereof according to the invention will be described in detail with reference to the drawings.

(光学素子)
図1は、本実施形態に係る光学素子を示す斜視図である。本実施形態に係る光学素子1は、例えばノッチフィルタである。光学素子1は、互いに略平行に対向する主面(第1の主面)3a及び主面(第2の主面)3bを有する高分子フォトニック結晶3を備える。高分子フォトニック結晶3は、特に限定されるものではないが、例えば円形のフィルム状を呈している。
(Optical element)
FIG. 1 is a perspective view showing an optical element according to this embodiment. The optical element 1 according to this embodiment is a notch filter, for example. The optical element 1 includes a polymer photonic crystal 3 having a main surface (first main surface) 3a and a main surface (second main surface) 3b facing each other substantially in parallel. The polymer photonic crystal 3 is not particularly limited, but has, for example, a circular film shape.

高分子フォトニック結晶3は、ブロック共重合体(高分子ブロック共重合体)を含有している。「ブロック共重合体」とは、2種以上のポリマー鎖(セグメント)が結合した共重合体であり、例えば、モノマーAを構造単位とする第1ポリマー鎖と、モノマーBを構造単位とする第2ポリマー鎖とがポリマー鎖の末端同士で結合した共重合体が挙げられる。   The polymer photonic crystal 3 contains a block copolymer (polymer block copolymer). The “block copolymer” is a copolymer in which two or more kinds of polymer chains (segments) are bonded. For example, a first polymer chain having the monomer A as a structural unit and a first polymer chain having the monomer B as a structural unit. Examples thereof include a copolymer in which two polymer chains are bonded to each other at the ends of the polymer chains.

ブロック共重合体としては、例えば、ポリスチレン−b−ポリ(メチルメタクリレート)、ポリスチレン−b−ポリ(エチルメタクリレート)、ポリスチレン−b−ポリ(プロピルメタクリレート)、ポリスチレン−b−ポリ(tert−ブチルメタクリレート)、ポリスチレン−b−ポリ(n−ブチルメタクリレート)、ポリスチレン−b−ポリ(イソプロピルメタクリレート)、ポリスチレン−b−ポリ(ペンチルメタクリレート)、ポリスチレン−b−ポリ(ヘキシルメタクリレート)、ポリスチレン−b−ポリ(デシルメタクリレート)、ポリスチレン−b−ポリ(ドデシルメタクリレート)、ポリスチレン−b−ポリ(メチルアクリレート)、ポリスチレン−b−ポリ(tert−ブチルアクリレート)、ポリスチレン−b−ポリブタジエン、ポリスチレン−b−ポリイソプレン、ポリスチレン−b−ポリジメチルシロキサン、ポリブタジエン−b−ポリジメチルシロキサン、ポリイソプレン−b−ポリジメチルシロキサン、ポリビニルピリジン−b−ポリ(メチルメタクリレート)、ポリビニルピリジン−b−ポリ(tert−ブチルメタクリレート)、ポリビニルピリジン−b−ポリブタジエン、ポリビニルピリジン−b−イソプレン、ポリブタジエン−b−ポリビニルナフタレン、ポリビニルナフタレン−b−ポリ(メチルメタクリレート)、ポリビニルナフタレン−b−ポリ(tert−ブチルメタクリレート)等の2元ブロック共重合体、ポリスチレン−b−ポリブタジエン−b−ポリ(メチルメタクリレート)、ポリスチレン−b−ポリブタジエン−b−ポリ(tert−ブチルメタクリレート)、ポリスチレン−b−ポリイソプレン−b−ポリ(メチルメタクリレート)、ポリスチレン−b−ポリイソプレン−b−ポリ(tert−ブチルメタクリレート)等の3元ブロック共重合体等が挙げられる。なお、ブロック共重合体は、ポリマー鎖間で屈折率が異なれば上記に限られるものではない。   Examples of the block copolymer include polystyrene-b-poly (methyl methacrylate), polystyrene-b-poly (ethyl methacrylate), polystyrene-b-poly (propyl methacrylate), and polystyrene-b-poly (tert-butyl methacrylate). , Polystyrene-b-poly (n-butyl methacrylate), polystyrene-b-poly (isopropyl methacrylate), polystyrene-b-poly (pentyl methacrylate), polystyrene-b-poly (hexyl methacrylate), polystyrene-b-poly (decyl) Methacrylate), polystyrene-b-poly (dodecyl methacrylate), polystyrene-b-poly (methyl acrylate), polystyrene-b-poly (tert-butyl acrylate), polystyrene-b-poly Tadiene, polystyrene-b-polyisoprene, polystyrene-b-polydimethylsiloxane, polybutadiene-b-polydimethylsiloxane, polyisoprene-b-polydimethylsiloxane, polyvinylpyridine-b-poly (methyl methacrylate), polyvinylpyridine-b- Poly (tert-butyl methacrylate), polyvinylpyridine-b-polybutadiene, polyvinylpyridine-b-isoprene, polybutadiene-b-polyvinylnaphthalene, polyvinylnaphthalene-b-poly (methyl methacrylate), polyvinylnaphthalene-b-poly (tert-butyl) 2-block copolymers such as methacrylate), polystyrene-b-polybutadiene-b-poly (methyl methacrylate), polystyrene-b-polybutadiene-b-poly And ternary block copolymers such as (tert-butyl methacrylate), polystyrene-b-polyisoprene-b-poly (methyl methacrylate), and polystyrene-b-polyisoprene-b-poly (tert-butyl methacrylate). . The block copolymer is not limited to the above as long as the refractive index is different between polymer chains.

ブロック共重合体の重量平均分子量(Mw)の下限値は、フォトニック結晶としての光学特性を発現させるために必要な周期構造が良好に得られる観点から、8.0×10(g/mol)以上が好ましく、9.0×10(g/mol)以上がより好ましく、1.0×10(g/mol)以上が更に好ましい。上記重量平均分子量の上限値は、フォトニック結晶としての光学特性を発現させるために必要な周期構造が更に良好に得られる観点から、3.0×10(g/mol)以下が好ましく、2.5×10(g/mol)以下がより好ましく、2.0×10(g/mol)以下が更に好ましい。なお、重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)を用いてポリスチレン換算の重量平均分子量として得ることができる。 The lower limit of the weight average molecular weight (Mw) of the block copolymer is 8.0 × 10 5 (g / mol) from the viewpoint that a periodic structure necessary for expressing optical characteristics as a photonic crystal can be satisfactorily obtained. ) Or more, preferably 9.0 × 10 5 (g / mol) or more, and more preferably 1.0 × 10 6 (g / mol) or more. The upper limit of the weight average molecular weight is preferably 3.0 × 10 6 (g / mol) or less, from the viewpoint of obtaining a more favorable periodic structure necessary for expressing optical characteristics as a photonic crystal. 0.5 × 10 6 (g / mol) or less is more preferable, and 2.0 × 10 6 (g / mol) or less is more preferable. In addition, a weight average molecular weight can be obtained as a weight average molecular weight of polystyrene conversion using gel permeation chromatography (GPC).

高分子フォトニック結晶3は、ミクロ相分離構造5を有している。「ミクロ相分離構造」とは、ミクロドメインが周期的に配置された集合体をいう。「ミクロドメイン」とは、ブロック共重合体の異種のポリマー鎖が互いに混じり合うことなく相分離して形成される相をいう。ミクロ相分離構造5は、ラメラ状のミクロドメイン7aと、ラメラ状のミクロドメイン7bとが交互に積層されて形成された屈折率周期構造7である。ミクロドメイン7a,7bのそれぞれは、主面3a又は主面3bの少なくとも一方に対して略平行に配向しており、本実施形態では主面3a及び主面3bに対して略平行に配向している。ミクロドメイン7aは、ブロック共重合体のうちの一のポリマー鎖9aを主成分として含んでおり、ミクロドメイン7bは、ブロック共重合体のうちの他のポリマー鎖9bを主成分として含んでいる。なお、ミクロドメイン7a,7bの繰り返し周期やポリマー鎖9a,9bの配置は図1に示されるものに限定されるものではない。   The polymer photonic crystal 3 has a microphase separation structure 5. “Microphase separation structure” refers to an aggregate in which microdomains are periodically arranged. “Microdomain” refers to a phase formed by phase separation of different types of polymer chains of a block copolymer without being mixed with each other. The microphase separation structure 5 is a refractive index periodic structure 7 formed by alternately laminating lamellar microdomains 7a and lamellar microdomains 7b. Each of the microdomains 7a and 7b is oriented substantially parallel to at least one of the principal surface 3a or the principal surface 3b. In the present embodiment, the microdomains 7a and 7b are oriented substantially parallel to the principal surface 3a and the principal surface 3b. Yes. The microdomain 7a includes one polymer chain 9a of the block copolymer as a main component, and the microdomain 7b includes another polymer chain 9b of the block copolymer as a main component. Note that the repetition period of the microdomains 7a and 7b and the arrangement of the polymer chains 9a and 9b are not limited to those shown in FIG.

(ミクロドメインの配向度)
次に、ミクロドメインの配向度と光学特性との関係について図2を用いて説明する。屈折率が互いに異なる相が積層された屈折率周期構造体(多層膜構造体)に対して光が入射する場合、屈折率周期構造体の回折現象によって、反射光の中心波長λと構造周期dとの間にはブラッグの式として知られている下記式(4)が成り立つ。

(式中、λは反射光の中心波長(nm)を表し、dは構造周期(nm)を表し、nはミクロドメインの屈折率、mは1以上の整数であり、θは屈折率周期構造体への入射角度を表す。)
(Orientation degree of microdomain)
Next, the relationship between the degree of orientation of the microdomains and the optical characteristics will be described with reference to FIG. When light is incident on a refractive index periodic structure (multilayer film structure) in which phases having different refractive indexes are stacked, the center wavelength λ of reflected light and the structural period d are caused by the diffraction phenomenon of the refractive index periodic structure. The following equation (4) known as Bragg's equation holds between:

(Wherein λ represents the center wavelength (nm) of the reflected light, d represents the structural period (nm), n is the refractive index of the microdomain, m is an integer of 1 or more, and θ is the refractive index periodic structure. Indicates the angle of incidence on the body.)

すなわち、入射光として白色光が屈折率周期構造体に入射する場合、屈折率周期構造体に対する入射角度θや構造周期dによって、反射光の中心波長λ、すなわち、透過しないでミクロドメインにブロックされる波長(ブロック波長)が変化する。屈折率周期構造体に対する入射角度θが90°の時(垂直入射、正反射)、反射波長は最大となる。透過スペクトルは、基本的には反射スペクトルを裏返した形となり、上記式(4)を満たす波長が透過しないことを示す。   That is, when white light is incident on the refractive index periodic structure as incident light, it is blocked by the microdomain without passing through the center wavelength λ of the reflected light, that is, by the incident angle θ with respect to the refractive index periodic structure and the structural period d. Wavelength (block wavelength) changes. When the incident angle θ with respect to the refractive index periodic structure is 90 ° (normal incidence, regular reflection), the reflection wavelength becomes maximum. The transmission spectrum basically has a shape in which the reflection spectrum is reversed, and indicates that the wavelength satisfying the above formula (4) is not transmitted.

図2(a)に示す屈折率周期構造体11aは、構造周期dの分布が小さく且つ屈曲のない平板状のミクロドメインが互いに略平行に積層されて形成されている。屈折率周期構造体11aに対して入射光L1として白色光が入射する場合、構造周期dの分布の程度に応じて反射光や透過光L2の波長も分布を有する。例えば、図2(b)に示すように、透過光L2の透過スペクトルの波長分布は比較的小さいものとなる。   A refractive index periodic structure 11a shown in FIG. 2 (a) is formed by laminating flat microdomains having a small distribution of the structural period d and having no bend substantially parallel to each other. When white light is incident on the refractive index periodic structure 11a as the incident light L1, the wavelengths of the reflected light and the transmitted light L2 also have a distribution according to the degree of the distribution of the structural period d. For example, as shown in FIG. 2B, the wavelength distribution of the transmission spectrum of the transmitted light L2 is relatively small.

一方、図2(c)に示す屈折率周期構造体11bは、屈曲のない平板状のミクロドメインだけでなく、屈曲したミクロドメインが積層されて形成されている。屈折率周期構造体11bに対して入射光L1として白色光が入射した場合、屈曲したミクロドメインに対しては様々な角度で光が入射することになる。屈曲したミクロドメインに対して光が入射する場合、反射光の波長が低波長側にシフトするため、透過スペクトルは低波長側にシフトし、反射光や透過光L2の波長分布は大きくなる。例えば、図2(d)に示すように、透過光L2の透過スペクトルは、波長分布が大きく、低波長側の裾が大きく広がって急峻度が低下したものとなる。   On the other hand, the refractive index periodic structure 11b shown in FIG. 2C is formed by stacking bent microdomains as well as flat microdomains without bending. When white light is incident on the refractive index periodic structure 11b as the incident light L1, light is incident on the bent microdomain at various angles. When light is incident on the bent microdomain, the wavelength of the reflected light is shifted to the lower wavelength side, so that the transmission spectrum is shifted to the lower wavelength side, and the wavelength distribution of the reflected light and transmitted light L2 is increased. For example, as shown in FIG. 2 (d), the transmission spectrum of the transmitted light L2 has a large wavelength distribution, the bottom of the low wavelength side is greatly expanded, and the steepness is lowered.

以上のように、透過スペクトルの波長分布は、構造周期dやミクロドメインの配向の乱れの程度に応じて広がる。構造周期dが均一であっても、配向が乱れて屈曲したミクロドメインが屈折率周期構造体に含まれる場合、透過スペクトルは、高波長側では急峻であるのに対して低波長側では急峻度が低下したものとなる。但し、このように構造周期dが均一でありミクロドメインの配向が乱れることは稀であり、構造周期d及びミクロドメインの配向のいずれもが乱れる場合が多い。そのため、光学特性に劣るフィルタでは、通常、低波長側の急峻度と高波長側の急峻度とが低下した透過スペクトルとなる。急峻度が大きく低下した透過スペクトルを有するフィルタを例えばノッチフィルタとして用いると、ブロック波長と透過波長との波長差が広がってしまい、波長分解能が著しく低下することとなる。   As described above, the wavelength distribution of the transmission spectrum spreads according to the structural period d and the degree of disorder of the microdomain orientation. Even if the structural period d is uniform, if the refractive index periodic structure includes a bent microdomain with disordered orientation, the transmission spectrum is steep on the high wavelength side but steep on the low wavelength side. Is reduced. However, it is rare that the structural period d is uniform and the microdomain orientation is disturbed in this way, and both the structural period d and the microdomain orientation are often disturbed. Therefore, a filter having poor optical characteristics usually has a transmission spectrum in which the steepness on the low wavelength side and the steepness on the high wavelength side are reduced. When a filter having a transmission spectrum whose sharpness is greatly reduced is used as a notch filter, for example, the wavelength difference between the block wavelength and the transmission wavelength is widened, and the wavelength resolution is significantly reduced.

ミクロドメインの平均配向度は、小角X線散乱測定により評価することができる。具体的には、高分子フォトニック結晶3を主面3a又は主面3bの少なくとも一方に略垂直な方向(高分子フォトニック結晶3の厚み方向)に切断し、断面の2次元散乱パターンを小角X線散乱測定により測定する。これにより、ミクロドメインの配向状態に依存した散乱強度の方位角(配向角)依存性を得ることができる。散乱強度の方位角依存性の測定結果に基づき、2次元配向度の評価方法として広く用いられているHermans配向度を平均配向度Pとして算出することができる(例えば特開2001−91502号公報参照)。平均配向度Pは、下記式(1)により定義される。

(式中、μは小角X線散乱測定における方位角を表し、<cosμ>は下記式(2)で定義される二乗平均を表す。)

(式中、I(μ)は方位角μにおける散乱強度を表す。)
The average degree of orientation of the microdomains can be evaluated by small angle X-ray scattering measurement. Specifically, the polymer photonic crystal 3 is cut in a direction substantially perpendicular to at least one of the principal surface 3a or the principal surface 3b (thickness direction of the polymer photonic crystal 3), and the two-dimensional scattering pattern of the cross section is reduced to a small angle. Measured by X-ray scattering measurement. Thereby, the azimuth (orientation angle) dependence of the scattering intensity depending on the orientation state of the microdomain can be obtained. Based on the measurement result of the azimuth angle dependence of the scattering intensity, the Hermans orientation degree, which is widely used as a method for evaluating the two-dimensional orientation degree, can be calculated as the average orientation degree P (see, for example, JP-A-2001-91502). ). The average orientation degree P is defined by the following formula (1).

(In the formula, μ represents an azimuth angle in small-angle X-ray scattering measurement, and <cos 2 μ> represents a mean square defined by the following formula (2).)

(In the formula, I (μ) represents the scattering intensity at the azimuth angle μ.)

ここで、方位角μは、主面3a,3bと垂直な方向が0°に設定されている。すなわち、方位角μとは、主面3a,3bに対する傾斜角度に相当する。   Here, the azimuth angle μ is set to 0 ° in the direction perpendicular to the main surfaces 3a and 3b. That is, the azimuth angle μ corresponds to an inclination angle with respect to the main surfaces 3a and 3b.

平均配向度Pが1の場合、上記断面内で主面3a,3bに対してミクロドメインが完全に平行に配向したラメラ状のミクロ相分離構造を形成していることを示す。一方、平均配向度Pが0の場合、上記断面内でミクロドメインが無配向であることを示す。   When the average degree of orientation P is 1, it indicates that a lamellar microphase separation structure is formed in which the microdomains are oriented completely parallel to the main surfaces 3a and 3b in the cross section. On the other hand, when the average orientation degree P is 0, it indicates that the microdomains are not oriented in the cross section.

平均配向度Pは、0.92以上が好ましく、0.95以上がより好ましく、0.97以上が更に好ましい。平均配向度Pが0.92未満であると、屈曲したミクロドメインや欠陥がミクロ相分離構造に多く含まれる傾向があるため、透過スペクトルの急峻度が低下して光学特性(透過特性)が低下する傾向がある。   The average orientation degree P is preferably 0.92 or more, more preferably 0.95 or more, and still more preferably 0.97 or more. When the average orientation degree P is less than 0.92, there is a tendency that many bent microdomains and defects are included in the microphase-separated structure, so that the steepness of the transmission spectrum is lowered and the optical characteristics (transmission characteristics) are lowered. Tend to.

更に急峻な透過スペクトルを得る観点から、主面3aから主面3bにかけてのいずれの領域においてもミクロドメイン7a,7bの配向度は互いに略同一であることが好ましい。ミクロドメイン7a,7bの配向度が低い領域が高分子フォトニック結晶3に多く含まれると、透過スペクトルの急峻度が低下して波長分布が広がる傾向がある。主面3a又は主面3bの少なくとも一方に略垂直な複数の断面におけるミクロドメイン7a,7bの平均配向度Pは、互いに略同一であることが好ましく、例えば、無作為に選択された断面が互いに略同一の平均配向度Pを与えることが好ましい。「平均配向度Pが略同一である」とは、比較対象の断面間の平均配向度Pの差が0〜0.05以内に収まることをいい、例えばミクロドメインの厚さ、ミクロドメインの主面3aあるいは主面3bに対する角度(平行度)、ポリマー鎖の密度が比較対象の断面間で略同一であることを意味する。図2(c)のように湾曲したミクロドメインを含むなどして、ミクロドメインが結晶の主面に対して充分に略平行に配向していない領域を含む場合、選択された断面は略同一とはならない。   Further, from the viewpoint of obtaining a steep transmission spectrum, it is preferable that the orientation degree of the micro domains 7a and 7b is substantially the same in any region from the main surface 3a to the main surface 3b. If the polymer photonic crystal 3 contains a large number of regions where the degree of orientation of the microdomains 7a and 7b is low, the steepness of the transmission spectrum tends to decrease and the wavelength distribution tends to widen. The average orientation degrees P of the microdomains 7a and 7b in a plurality of cross sections substantially perpendicular to at least one of the main surface 3a or the main surface 3b are preferably substantially the same. For example, the randomly selected cross sections are mutually It is preferable to give substantially the same average orientation degree P. “The average orientation degree P is substantially the same” means that the difference in the average orientation degree P between the cross-sections to be compared is within 0 to 0.05, for example, the thickness of the microdomain, the main of the microdomain It means that the angle (parallelism) to the surface 3a or the main surface 3b and the density of the polymer chain are substantially the same between the cross-sections to be compared. When the microdomain includes a region that is not oriented substantially parallel to the main surface of the crystal, for example, including a curved microdomain as shown in FIG. 2C, the selected cross section is substantially the same. Must not.

高分子フォトニック結晶3の光学特性は、透過スペクトルにおけるエッジ急峻度や、ピークの対称性よって評価することができる。   The optical characteristics of the polymer photonic crystal 3 can be evaluated by the edge steepness in the transmission spectrum and the symmetry of the peak.

(エッジ急峻度)
高分子フォトニック結晶3の透過スペクトルには、例えば、波長512〜515nmの範囲に阻止帯域(ブロック波長帯)が現れる。この場合、高分子フォトニック結晶3の透過スペクトルは、阻止帯域と通過帯域との間に、下記式(3)で定義される傾斜G(以下、「エッジ急峻度G」という。)が2.0%未満である波長帯域(遷移帯域)を有することが好ましい。なお、「阻止帯域」とは、入射光を通過させる通過帯域に対して、入射光を遮蔽する波長帯域を意味する。阻止帯域は、立ち上がりエッジや立ち下がりエッジのいずれであってもよい。

(式中、λ50は遷移帯域において透過率50%を示す波長(nm)を表し、λは、阻止帯域及び遷移帯域の境界の波長(nm)を表す。)
(Edge steepness)
In the transmission spectrum of the polymer photonic crystal 3, for example, a stop band (block wavelength band) appears in a wavelength range of 512 to 515 nm. In this case, the transmission spectrum of the polymer photonic crystal 3 has a slope G (hereinafter referred to as “edge steepness G”) defined by the following formula (3) between the stop band and the pass band: It is preferable to have a wavelength band (transition band) that is less than 0%. The “stop band” means a wavelength band that blocks incident light with respect to a pass band through which incident light passes. The stop band may be either a rising edge or a falling edge.

(In the formula, λ 50 represents a wavelength (nm) showing a transmittance of 50% in the transition band, and λ B represents a wavelength (nm) at the boundary between the stop band and the transition band.)

エッジ急峻度Gは、以下の手順で算出することができる。すなわち、まず、高分子フォトニック結晶3の主面3a又は主面3bから光を入射して透過スペクトルを測定し、透過率の波長依存性を測定する。エッジ急峻度Gは、縦軸が透過率又はOD値(透過率の逆数の常用対数)のいずれの透過スペクトルを用いても同一の値を算出することができる。例えば、図3は、エッジ急峻度Gの算出方法を説明するための透過スペクトルを示す図面であり、縦軸は透過率(%)を100%で除した値を示し、横軸は波長(nm)を示している。   The edge steepness G can be calculated by the following procedure. That is, first, light is incident from the main surface 3a or the main surface 3b of the polymer photonic crystal 3, the transmission spectrum is measured, and the wavelength dependency of the transmittance is measured. The same value can be calculated for the edge steepness G regardless of the transmission spectrum of which the vertical axis is the transmittance or the OD value (the common logarithm of the reciprocal of the transmittance). For example, FIG. 3 is a diagram showing a transmission spectrum for explaining a method of calculating the edge steepness G, where the vertical axis shows a value obtained by dividing the transmittance (%) by 100%, and the horizontal axis shows the wavelength (nm). ).

次に、阻止帯域及び遷移帯域の境界の波長と、透過率50%を示す波長(図3において縦軸0.5を示す波長)とを透過スペクトルから抽出する。図3では、実線Aで示される立ち上がり波長が阻止帯域及び遷移帯域の境界の波長であり、実線Bで示される波長が透過率50%を示す波長である。そして、エッジ急峻度Gを上記式(3)より算出する。   Next, the wavelength at the boundary between the stop band and the transition band and the wavelength indicating the transmittance of 50% (the wavelength indicating the vertical axis 0.5 in FIG. 3) are extracted from the transmission spectrum. In FIG. 3, the rising wavelength indicated by the solid line A is the wavelength at the boundary between the stop band and the transition band, and the wavelength indicated by the solid line B is a wavelength indicating a transmittance of 50%. Then, the edge steepness G is calculated from the above equation (3).

ところで、例えばラマン分光測定においては500cm−1付近にシグナルが観察される場合があるため、低波数側の測定限界として400cm−1程度を確保することが求められている。現在市販されているラマン分光器用のフィルタでは低波数側の測定限界として400cm−1が確保されており、エッジ急峻度も2.0%以下である。そのため、高分子フォトニック結晶3のエッジ急峻度Gは、低波数側の測定限界を充分に確保する観点から、2.0%未満が好ましく、1.5%未満がより好ましく、1.3%未満が更に好ましい。 Incidentally, for example, in Raman spectroscopy because it may signal is observed in the vicinity of 500 cm -1, there is a need to ensure a degree 400 cm -1 as a measurement limit of the low frequency side. In the filters for Raman spectrometers currently on the market, 400 cm −1 is secured as the measurement limit on the low wavenumber side, and the edge steepness is 2.0% or less. Therefore, the edge steepness G of the polymer photonic crystal 3 is preferably less than 2.0%, more preferably less than 1.5%, and more preferably 1.3% from the viewpoint of sufficiently ensuring the measurement limit on the low wavenumber side. Less than is more preferable.

(ピークの対称性)
透過スペクトルにおけるピークの対称性Sは、以下の手順で算出することができる。すなわち、エッジ急峻度Gと同様に、高分子フォトニック結晶3の主面3a又は主面3bの透過スペクトルを測定し、透過率の波長依存性を測定する。ピークの対称性Sは、縦軸が透過率又はOD値のいずれのスペクトルを用いても同一の値を算出することができる。例えば、図4は、ピークの対称性の算出方法を説明するための透過スペクトルを示す図面であり、縦軸はOD値を示し、横軸は波長(nm)を示している。
(Symmetry of peak)
The symmetry S of the peak in the transmission spectrum can be calculated by the following procedure. That is, similarly to the edge steepness G, the transmission spectrum of the main surface 3a or the main surface 3b of the polymer photonic crystal 3 is measured, and the wavelength dependency of the transmittance is measured. As for the peak symmetry S, the same value can be calculated regardless of whether the vertical axis uses the transmittance or the OD value of the spectrum. For example, FIG. 4 is a drawing showing a transmission spectrum for explaining a method of calculating the symmetry of the peak, the vertical axis shows the OD value, and the horizontal axis shows the wavelength (nm).

次に、透過スペクトルの波長ピークのピークトップから横軸に対して垂線Cを引く。続いて、ピークトップのOD値の1/10のOD値を有する高波長側の位置Paと、低波長側の位置Pbとを透過スペクトル上において特定し、垂線C及び位置Paの最短距離Waと、垂線C及び位置Pbの最短距離Wbとを求める。そして、対称性Sを下記式(5)より算出する。
Next, a perpendicular C is drawn with respect to the horizontal axis from the peak top of the wavelength peak of the transmission spectrum. Subsequently, a position Pa on the high wavelength side having an OD value 1/10 of the OD value of the peak top and a position Pb on the low wavelength side are specified on the transmission spectrum, and the shortest distance Wa between the perpendicular C and the position Pa is , And the shortest distance Wb between the perpendicular C and the position Pb. And symmetry S is computed from a following formula (5).

対称性Sは、0.5〜2.0が好ましく、0.8〜1.5がより好ましく、1.0〜1.2が更に好ましい。対称性Sが1.0である場合、垂線Cを基準として対称なピークとなる。対称性Sが2.0を超える場合又は0.5未満である場合、構造周期dの分布が広くなり、更に、配向度が低下することが原因となり透過特性が低下する傾向がある。   The symmetry S is preferably 0.5 to 2.0, more preferably 0.8 to 1.5, and still more preferably 1.0 to 1.2. When the symmetry S is 1.0, the peak is symmetrical with respect to the perpendicular C. When the symmetry S is more than 2.0 or less than 0.5, the distribution of the structural period d is widened, and the transmission characteristics tend to be lowered due to a decrease in the degree of orientation.

高分子フォトニック結晶3は、ブロック共重合体以外の構成成分として、ブロック共重合体及び後述する光重合開始剤を可溶な光重合性モノマーを単量体成分として含む組成物を光重合開始剤の存在下で光重合させて得られる光硬化性樹脂(高分子化合物)を含んでいる。上記光重合性モノマーとしては、アクリレート及びメタクリレートからなる群より選ばれる少なくとも1種が好ましい。上記光重合性モノマーとしては、単官能性モノマー又は多官能性モノマーのいずれでもよく、例えばカルボキシエチルアクリレート、イソボニルアクリレート、オクチルアクリレート、ラウリルアクリレート、ステアリルアクリレート、ノニルフェノキシポリエチレングリコールアクリレート、ジシクロペンテニルアクリレート、ジシクロペンテニルオキシエチルアクリレート、ジシクロペンタニルアクリレート、ベンジルアクリレート、フェノキシエチルアクリレート、ジシクロペンテニルオキシエチルメタクリレート、ジシクロペンタニルメタクリレート、ベンジルメタクリレート、オクチルメタクリレートなどの単官能モノマー、ジエチレングリコールアクリレート、1,4−ブタンジオールジアクリレート、1,6−ヘキサンジオールアクリレート、1,9−ノナンジオールジアクリレート、ポリプロピレングレコールジアクリレート、EO変性ビスフェノールAジアクリレート、ジシクロペンタニルジアクリレート、ネオペンチルグリコール変性トリメチロールプロパンジアクリレート、4,4′−ジアクリロイルオキシスチルベン、ジエチレングリコールメタクリレート、1,4−ブタンジオールジメタクリレート、1,6−ヘキサンジオールメタクリレート、1,9−ノナンジオールジメタクリレート、ジシクロペンタニルジメタクリレート、ネオペンチルグリコールジメタクリレート、EO変性ビスフェノールAジメタクリレート、トリス(2−アクリロイルオキシエチル)イソシアヌレート、カプロラクトン変性ジペンタエリトリトールヘキサアクリレートなどの多官能モノマーが該当する。上記光重合性モノマーとしては、多官能モノマーが好ましく、例えばジシクロペンタニルアクリレート、ネオペンチルグリコール変性トリメチロールプロパンジアクリレート、1,4−ブタンジオールジアクリレート、1,6−ヘキサンジオールアクリレート、1,9−ノナンジオールジアクリレート、カプロラクトン変性ジペンタエリトリトールヘキサアクリレート等がより好ましい。上記光重合性モノマーは単独で使用してもよく、2種類以上を混合して使用してもよい。光硬化性樹脂の含有量は、高分子フォトニック結晶3の全質量基準で40〜90質量%が好ましい。   Polymeric photonic crystal 3 starts photopolymerization of a composition containing a block copolymer and a photopolymerization initiator, which will be described later, as a constituent component other than the block copolymer as a monomer component. It contains a photocurable resin (polymer compound) obtained by photopolymerization in the presence of an agent. The photopolymerizable monomer is preferably at least one selected from the group consisting of acrylates and methacrylates. The photopolymerizable monomer may be either a monofunctional monomer or a polyfunctional monomer. For example, carboxyethyl acrylate, isobornyl acrylate, octyl acrylate, lauryl acrylate, stearyl acrylate, nonylphenoxy polyethylene glycol acrylate, dicyclopentenyl acrylate , Monofunctional monomers such as dicyclopentenyloxyethyl acrylate, dicyclopentanyl acrylate, benzyl acrylate, phenoxyethyl acrylate, dicyclopentenyloxyethyl methacrylate, dicyclopentanyl methacrylate, benzyl methacrylate, octyl methacrylate, diethylene glycol acrylate, 1, 4-butanediol diacrylate, 1,6-hexanediol Acrylate, 1,9-nonanediol diacrylate, polypropylene glycol diacrylate, EO-modified bisphenol A diacrylate, dicyclopentanyl diacrylate, neopentyl glycol-modified trimethylolpropane diacrylate, 4,4'-diacryloyloxystilbene Diethylene glycol methacrylate, 1,4-butanediol dimethacrylate, 1,6-hexanediol methacrylate, 1,9-nonanediol dimethacrylate, dicyclopentanyl dimethacrylate, neopentyl glycol dimethacrylate, EO-modified bisphenol A dimethacrylate, Tris (2-acryloyloxyethyl) isocyanurate, caprolactone-modified dipentaerythritol hexaacrylate, etc. Functional monomers are applicable. The photopolymerizable monomer is preferably a polyfunctional monomer. For example, dicyclopentanyl acrylate, neopentyl glycol-modified trimethylolpropane diacrylate, 1,4-butanediol diacrylate, 1,6-hexanediol acrylate, 1, More preferred are 9-nonanediol diacrylate, caprolactone-modified dipentaerythritol hexaacrylate, and the like. The said photopolymerizable monomer may be used independently, and may mix and use 2 or more types. The content of the photocurable resin is preferably 40 to 90% by mass based on the total mass of the polymer photonic crystal 3.

また、高分子フォトニック結晶3は、可塑剤等、他の成分を含有してもよい。可塑剤としては、例えば、フタル酸ジオクチル等のフタル酸エステル、アジピン酸エステル、リン酸エステル、トリメリット酸エステル、クエン酸エステル、エポキシ化合物、ポリエステル等から選ばれた少なくとも1種が挙げられる。高分子フォトニック結晶3がこれらの可塑剤を含有することにより、ミクロ相分離構造の規則性を向上することができる。可塑剤の含有量は、高分子フォトニック結晶3の全質量基準で5〜50質量%が好ましい。   The polymer photonic crystal 3 may contain other components such as a plasticizer. Examples of the plasticizer include at least one selected from phthalic acid esters such as dioctyl phthalate, adipic acid esters, phosphoric acid esters, trimellitic acid esters, citric acid esters, epoxy compounds, and polyesters. When the polymer photonic crystal 3 contains these plasticizers, the regularity of the microphase separation structure can be improved. The content of the plasticizer is preferably 5 to 50% by mass based on the total mass of the polymer photonic crystal 3.

高分子フォトニック結晶3の厚さの下限値は、配向制御を更に良好に行うことが可能であり更に良好な光学特性が得られる観点から、0.01mm以上が好ましく、0.05mm以上がより好ましく、0.10mm以上が更に好ましい。高分子フォトニック結晶3の厚さの上限値は、配向制御を更に良好に行うことが可能であり更に良好な光学特性が得られる観点から、1.00mm以下が好ましく、0.80mm以下がより好ましく、0.60mm以下が更に好ましい。   The lower limit value of the thickness of the polymer photonic crystal 3 is preferably 0.01 mm or more, more preferably 0.05 mm or more from the viewpoint that the orientation control can be performed more satisfactorily and further excellent optical characteristics can be obtained. Preferably, 0.10 mm or more is more preferable. The upper limit value of the thickness of the polymer photonic crystal 3 is preferably 1.00 mm or less, more preferably 0.80 mm or less, from the viewpoint that the orientation control can be performed more satisfactorily and further excellent optical characteristics can be obtained. Preferably, it is 0.60 mm or less.

本実施形態に係る光学素子1では、高分子フォトニック結晶3がラメラ状のミクロドメイン7a,7bを含むミクロ相分離構造5を有しているため、ミクロドメイン7a,7bの配向状態に依存した光学特性(例えば偏光透過特性)を発現できる。そして、本実施形態に係る光学素子1では、ラメラ状のミクロドメイン7a,7bのそれぞれが、主面3a及び主面3bに対して略平行に配向している。これにより、本実施形態に係る光学素子1では、ミクロドメインが結晶の主面に対して充分に略平行に配向していない領域を含む従来のフォトニック結晶を用いる光学素子に比して光学特性を向上させることができる。   In the optical element 1 according to the present embodiment, the polymer photonic crystal 3 has the microphase separation structure 5 including the lamellar microdomains 7a and 7b, and thus depends on the orientation state of the microdomains 7a and 7b. Optical characteristics (for example, polarized light transmission characteristics) can be expressed. In the optical element 1 according to this embodiment, each of the lamellar microdomains 7a and 7b is oriented substantially parallel to the main surface 3a and the main surface 3b. As a result, the optical element 1 according to the present embodiment has optical characteristics as compared with an optical element using a conventional photonic crystal including a region in which microdomains are not oriented substantially parallel to the main surface of the crystal. Can be improved.

(光学素子の製造方法)
本実施形態に係る光学素子1の製造方法は、例えば溶液調製工程、配向性付与工程(第1工程)、アニール工程、及び、光重合工程(第2工程)をこの順に備えている。
(Optical element manufacturing method)
The manufacturing method of the optical element 1 according to the present embodiment includes, for example, a solution preparation step, an orientation imparting step (first step), an annealing step, and a photopolymerization step (second step) in this order.

溶液調製工程では、まず、上述したポリマー鎖を有するブロック共重合体を重合する。ラメラ状のミクロドメインを形成可能なブロック共重合体の重合方法としては、例えばリビングアニオン重合等が挙げられる。   In the solution preparation step, first, the above-described block copolymer having a polymer chain is polymerized. Examples of the polymerization method of the block copolymer capable of forming lamellar microdomains include living anionic polymerization.

次に、ブロック共重合体及び光重合開始剤を可溶な光重合性モノマーにブロック共重合体及び光重合開始剤を溶解させて、ブロック共重合体と光重合開始剤と光重合性モノマーとを含有するポリマー溶液を調製する。ポリマー溶液には、上記可塑剤等、他の成分を含有させることができる。このようなポリマー溶液を調製した段階においてブロック共重合体は、配向制御されていない状態のミクロ相分離構造を形成している。   Next, the block copolymer and the photopolymerization initiator are dissolved in the soluble photopolymerizable monomer, and the block copolymer, the photopolymerization initiator, the photopolymerizable monomer, A polymer solution containing is prepared. The polymer solution can contain other components such as the plasticizer. At the stage of preparing such a polymer solution, the block copolymer forms a microphase separation structure in which the orientation is not controlled.

ポリマー溶液中のブロック共重合体の含有量は、作製プロセスにおいて粘度を下げるために加熱する必要が無く、室温においてある程度低粘度で流動性を有するポリマー溶液とする観点から、ポリマー溶液の全質量基準で3〜30質量%が好ましく、5〜20質量%がより好ましく、7〜15質量%が更に好ましい。ブロック共重合体の含有量が3質量%未満であると、ミクロ相分離構造を形成する際の偏析力が減少する傾向があり、ミクロ相分離構造の規則性が低下する傾向がある。ブロック共重合体の含有量が30質量%を超えると、偏析力は増大するものの、粘度が増加するため、流動場印加による配向制御が難化する傾向がある。   The content of the block copolymer in the polymer solution does not need to be heated in order to reduce the viscosity in the production process, and is based on the total mass of the polymer solution from the viewpoint of making the polymer solution low in viscosity at room temperature and having fluidity. Is preferably 3 to 30% by mass, more preferably 5 to 20% by mass, and even more preferably 7 to 15% by mass. When the content of the block copolymer is less than 3% by mass, the segregation force when forming the microphase separation structure tends to decrease, and the regularity of the microphase separation structure tends to decrease. When the content of the block copolymer exceeds 30% by mass, the segregation force increases, but the viscosity increases, so that the orientation control by applying the flow field tends to be difficult.

光重合開始剤は、活性光線照射により活性化しうる重合開始剤である。光重合開始剤としては、活性光線照射により分子が開裂してラジカルとなり、光重合性を有するポリマー又はモノマーとラジカル重合反応を引き起こすことにより、材料を高分子量化(架橋)させてゲル化を進行させるラジカル型光重合開始剤が挙げられる。光重合開始剤としては、ベンジルジメチルケタール、α−ヒドロキシアルキルフェノン、α−アミノアルキルフェノン等が挙げられる。光重合開始剤としては、より具体的にはIRGACURE651(チバ・スペシャリティ・ケミカルズ社製)等が挙げられる。これらの光重合開始剤は単独で使用してもよく、2種以上を混合して用いてもよい。光重合開始剤の含有量は、光重合性モノマーの全質量基準で0.05〜0.5質量%であることが好ましい。   The photopolymerization initiator is a polymerization initiator that can be activated by irradiation with actinic rays. As a photopolymerization initiator, molecules are cleaved by irradiation with actinic rays to form radicals, causing a radical polymerization reaction with a photopolymerizable polymer or monomer, thereby increasing the molecular weight (crosslinking) of the material and proceeding to gelation. The radical type photoinitiator to be made to be mentioned. Examples of the photopolymerization initiator include benzyl dimethyl ketal, α-hydroxyalkylphenone, α-aminoalkylphenone and the like. More specific examples of the photopolymerization initiator include IRGACURE 651 (manufactured by Ciba Specialty Chemicals). These photopolymerization initiators may be used alone or in combination of two or more. The content of the photopolymerization initiator is preferably 0.05 to 0.5% by mass based on the total mass of the photopolymerizable monomer.

次に、図5を用いて配向性付与工程について説明する。まず、互いに略平行に対向する平坦な主面30a,30bを有する板状部材(第1部材)30と、互いに略平行に対向する平坦な主面40a,40bを有する板状部材(第2部材)40とを準備する。板状部材30,40は、例えば円形状であり、例えば石英ガラスにより形成されている。板状部材30,40の直径は、例えば20〜100mmが好ましい。板状部材30,40の厚さは、例えば0.5〜10mmが好ましい。板状部材30,40の形状、構成材料、大きさは、互いに同一であってもよく異なっていてもよい。   Next, the orientation imparting step will be described with reference to FIG. First, a plate-like member (first member) 30 having flat main surfaces 30a and 30b facing each other substantially parallel to each other, and a plate-like member (second member) having flat main surfaces 40a and 40b facing each other substantially parallel to each other. 40) is prepared. The plate-like members 30 and 40 have, for example, a circular shape and are made of, for example, quartz glass. As for the diameter of the plate-shaped members 30 and 40, 20-100 mm is preferable, for example. The thickness of the plate-like members 30 and 40 is preferably, for example, 0.5 to 10 mm. The shapes, constituent materials, and sizes of the plate-like members 30 and 40 may be the same or different from each other.

続いて、円形状の開口50aを有する円環状(リング状)のスペーサ50を板状部材30の主面30a上に配置する。スペーサ50は、開口50aの中心が主面30aの中心と対向するように配置されることが好ましい。スペーサ50の外径は、例えば80mmであり、スペーサ50の厚さは、作製するフィルムの厚さに応じて調整される。   Subsequently, an annular (ring-shaped) spacer 50 having a circular opening 50 a is disposed on the main surface 30 a of the plate-like member 30. Spacer 50 is preferably arranged such that the center of opening 50a faces the center of main surface 30a. The outer diameter of the spacer 50 is, for example, 80 mm, and the thickness of the spacer 50 is adjusted according to the thickness of the film to be produced.

次に、開口50a内にポリマー溶液60を展開した後、主面30aと主面40aとが互いに略平行に対向するように、ポリマー溶液60上に板状部材40を配置する。これにより、ポリマー溶液60が主面30a及び主面40aに接した状態で板状部材30及び板状部材40の間に保持される。なお、主面30aと主面40aとが互いに略平行になるように板状部材30及び板状部材40を対向配置させた後、主面30a及び主面40aの間にポリマー溶液60を注入してもよい。   Next, after the polymer solution 60 is developed in the opening 50a, the plate-like member 40 is disposed on the polymer solution 60 so that the main surface 30a and the main surface 40a face each other substantially in parallel. Accordingly, the polymer solution 60 is held between the plate-like member 30 and the plate-like member 40 in a state where the polymer solution 60 is in contact with the main surface 30a and the main surface 40a. After placing the plate member 30 and the plate member 40 so that the main surface 30a and the main surface 40a are substantially parallel to each other, the polymer solution 60 is injected between the main surface 30a and the main surface 40a. May be.

ポリマー溶液60の厚さは、配向制御を更に良好に行うことが可能であり更に良好な光学特性が得られる観点から、0.01mm以上が好ましく、0.05mm以上がより好ましく、0.10mm以上が更に好ましい。また、ポリマー溶液60の厚さは、配向制御を更に良好に行うことが可能であり更に良好な光学特性が得られる観点から、1.00mm以下が好ましく、0.80mm以下がより好ましく、0.60mm以下が更に好ましい。   The thickness of the polymer solution 60 is preferably 0.01 mm or more, more preferably 0.05 mm or more, and more preferably 0.10 mm or more from the viewpoint of enabling better control of the orientation and obtaining further excellent optical properties. Is more preferable. Further, the thickness of the polymer solution 60 is preferably 1.00 mm or less, more preferably 0.80 mm or less, from the viewpoint that the orientation control can be performed more satisfactorily and further excellent optical characteristics can be obtained. More preferably, it is 60 mm or less.

続いて、主面30a及び主面40aの間にポリマー溶液60を介在させた状態で、主面30a又は主面40aの少なくとも一方に略平行な複数の方向に板状部材30及び板状部材40を互いに異なる方向にポリマー溶液60に対して相対移動させて、主面30a又は主面40aの少なくとも一方に略平行なランダムずり流動場をポリマー溶液60に印加する。例えば、図5に示すように、主面30a,40aに対して略平行に板状部材30及び板状部材40を振動運動(往復運動)させつつ回転運動させる。   Subsequently, with the polymer solution 60 interposed between the main surface 30a and the main surface 40a, the plate-like member 30 and the plate-like member 40 in a plurality of directions substantially parallel to at least one of the main surface 30a or the main surface 40a. Are moved relative to the polymer solution 60 in different directions, and a random shear flow field substantially parallel to at least one of the main surface 30a or the main surface 40a is applied to the polymer solution 60. For example, as shown in FIG. 5, the plate-like member 30 and the plate-like member 40 are rotationally moved while being vibrated (reciprocating) substantially parallel to the main surfaces 30a, 40a.

板状部材30及び板状部材40は、同一振動数で互いに逆方向に単振動させることが好ましく、例えば、板状部材30が方向D1に移動する際に、板状部材40を方向D1とは反対の方向D2に移動させる。また、板状部材30及び板状部材40は、互いに逆方向に同一の回転速度で回転運動させることが好ましく、例えば、主面30bの中心点P1を通過する軸A1を基準として板状部材30を方向R1に同心円状に回転させると共に、主面40bの中心点P2を通過する軸A2を基準として板状部材40を方向R1とは反対の方向R2に同心円状に回転させる。   The plate-like member 30 and the plate-like member 40 are preferably simply vibrated in the opposite directions at the same frequency. For example, when the plate-like member 30 moves in the direction D1, the plate-like member 40 is referred to as the direction D1. Move in the opposite direction D2. The plate-like member 30 and the plate-like member 40 are preferably rotated in the opposite directions at the same rotational speed. For example, the plate-like member 30 is based on the axis A1 passing through the center point P1 of the main surface 30b. Is rotated concentrically in the direction R1, and the plate member 40 is rotated concentrically in the direction R2 opposite to the direction R1 with reference to the axis A2 passing through the center point P2 of the main surface 40b.

ポリマー溶液60には、主面30a,40aと略平行な面内方向に、板状部材30,40の振動運動によって生じるずり流動場と、板状部材30,40の回転運動によって生じるずり流動場が印加される。これにより、主面30a,40aと略平行な面内の複数の方向にずり流動場がポリマー溶液60に印加される、すなわちランダムずり流動場が印加される。これにより、ポリマー溶液60中のラメラ状のミクロドメイン7a,7bのそれぞれが主面30a,40aに対して略平行に配向したミクロ相分離構造が形成される。   The polymer solution 60 includes a shear flow field generated by the vibration motion of the plate members 30 and 40 and a shear flow field generated by the rotation motion of the plate members 30 and 40 in the in-plane direction substantially parallel to the main surfaces 30a and 40a. Is applied. Thereby, a shear flow field is applied to the polymer solution 60 in a plurality of directions in a plane substantially parallel to the main surfaces 30a and 40a, that is, a random shear flow field is applied. As a result, a microphase separation structure is formed in which each of the lamellar microdomains 7a and 7b in the polymer solution 60 is oriented substantially parallel to the main surfaces 30a and 40a.

ランダムずり流動場は、ポリマー溶液60内の主面30a,40a近傍の部分だけでなく、ポリマー溶液60の厚み方向の中央の領域においても印加される。ポリマー溶液60内に印加されるランダム流動場の大きさは、板状部材30,40の運動速度や運動時間により適宜調整することができる。   The random shear flow field is applied not only in the vicinity of the main surfaces 30 a and 40 a in the polymer solution 60 but also in the central region in the thickness direction of the polymer solution 60. The magnitude of the random flow field applied in the polymer solution 60 can be appropriately adjusted according to the movement speed and movement time of the plate-like members 30 and 40.

ポリマー溶液60にランダムずり流動場を印加する方法は、図5に示す方法の他、図6,7に示す方法が挙げられる。図6,7は、板状部材40を主面40aに略平行な面内において振動運動や定常運動させる方法を例示している。ここで、「定常運動」とは、一定の速度で所定の運動が繰り返し行われる運動を意味し、例えば、後述する回転運動、旋回運動、遊星運動が挙げられる。なお、図6,7では、便宜上、板状部材40以外の部材の図示を省略している。図7の符号70は、板状部材40の回転運動の有無を明示するために記載したものであり、実際に表示されているものではない。   Examples of a method for applying a random shear flow field to the polymer solution 60 include the method shown in FIGS. 6 and 7 in addition to the method shown in FIG. 6 and 7 illustrate a method of causing the plate-like member 40 to vibrate or steadily move in a plane substantially parallel to the main surface 40a. Here, “steady motion” means a motion in which a predetermined motion is repeatedly performed at a constant speed, and examples thereof include a rotational motion, a turning motion, and a planetary motion, which will be described later. 6 and 7, illustration of members other than the plate-like member 40 is omitted for convenience. Reference numeral 70 in FIG. 7 is described to clearly indicate the presence or absence of the rotational motion of the plate-like member 40, and is not actually displayed.

ポリマー溶液60にランダムずり流動場を印加する方法としては、下記方法(a)〜(e)が挙げられる。
(a)「回転運動(自転運動)を伴わない複数方向への振動運動」:板状部材40を一方向に振動運動させた後、他方向に振動運動させる方法(図6(a))。
(b)「回転運動(自転運動)を伴う振動運動」:主面40bの中心点P2を通過する軸A2を基準として板状部材40を回転運動させつつ、一軸方向に振動運動させる方法(図5,図6(b))。
(c)主面40bの中心点P2を通過する軸A2を基準として板状部材40を回転運動させる前又は後に、一軸方向に振動運動させる方法。
(d)「旋回運動」:主面40bの中心点P2とは異なる基準点P3を通過し主面40bに垂直な基準軸の周りに板状部材40を旋回させる方法。
(e)「遊星運動」:主面40bの中心点P2を通過する軸A2を基準として板状部材40を回転運動させつつ、基準点P3を通過する基準軸の周りに板状部材40を旋回運動させる方法。
Examples of a method for applying a random shear flow field to the polymer solution 60 include the following methods (a) to (e).
(A) “Vibrating motion in a plurality of directions without rotational motion (spinning motion)”: A method in which the plate-like member 40 is vibrated in one direction and then vibrated in the other direction (FIG. 6A).
(B) “Vibrating motion with rotational motion (spinning motion)”: A method of vibrating the plate member 40 in a uniaxial direction while rotating the plate member 40 with reference to the axis A2 passing through the center point P2 of the main surface 40b (FIG. 5, FIG. 6 (b)).
(C) A method of vibrating the plate member 40 in a uniaxial direction before or after rotating the plate-like member 40 with reference to the axis A2 passing through the center point P2 of the main surface 40b.
(D) “Rotating motion”: A method of rotating the plate-like member 40 around a reference axis passing through a reference point P3 different from the center point P2 of the main surface 40b and perpendicular to the main surface 40b.
(E) “Planet motion”: The plate member 40 is rotated around the reference axis passing through the reference point P3 while rotating the plate member 40 with respect to the axis A2 passing through the center point P2 of the main surface 40b. How to exercise.

ランダムずり流動場の印加方法として、ポリマー溶液に対して同時に複数方向にずり流動場を印加してもよく、ポリマー溶液に対して多段階に複数方向にずり流動場を印加してもよい。同時に複数方向にずり流動場を印加する方法としては、上記方法(b)、(d)、(e)が挙げられる。多段階に複数方向にずり流動場を印加する方法としては、上記方法(a)、(c)が挙げられる。回転運動や一軸方向の振動運動をそれぞれ単独で行う場合にはランダムずり流動場を印加することはできないが、方法(c)のように、各運動を多段階に行うことによりポリマー溶液に対してランダムずり流動場を印加することができる。旋回運動では、板状部材30,40の移動に伴い経時的にずり流動場の印加方向が変化するため、ランダム方向にずり流動場が印加される。   As a method for applying the random shear flow field, the shear flow field may be applied simultaneously to the polymer solution in a plurality of directions, or the shear flow field may be applied to the polymer solution in a plurality of directions. The methods (b), (d), and (e) are mentioned as methods for simultaneously applying shear flow fields in a plurality of directions. Examples of the method of applying shear flow fields in multiple directions in multiple stages include the above methods (a) and (c). A random shear flow field cannot be applied when a rotary motion or a uniaxial vibration motion is performed independently, but by performing each motion in multiple stages as in method (c), A random shear flow field can be applied. In the swivel motion, the application direction of the shear flow field changes with time as the plate-like members 30 and 40 move, so the shear flow field is applied in a random direction.

図7(a),(b)では、板状部材40の外側に位置する基準軸の周りに板状部材40を旋回させているが、主面40b内から基準点を選択し当該基準点を通過し主面40bに垂直な基準軸の周りに板状部材40を旋回させてもよい。図7(b)では、回転運動の回転方向と旋回運動の旋回方向とは互いに逆方向であることが好ましい。上記方法(a)〜(e)に追加して振動運動、回転運動、旋回運動、遊星運動を更に行ってもよい。   In FIGS. 7A and 7B, the plate-like member 40 is turned around the reference axis located outside the plate-like member 40. However, a reference point is selected from the main surface 40b and the reference point is selected. The plate-like member 40 may be swung around a reference axis that passes through and is perpendicular to the main surface 40b. In FIG. 7B, the rotational direction of the rotational motion and the rotational direction of the rotational motion are preferably opposite to each other. In addition to the above methods (a) to (e), vibration motion, rotational motion, swivel motion, and planetary motion may be further performed.

運動方向が互いに逆向きとなるように板状部材30,40を運動させて、板状部材30,40のそれぞれからポリマー溶液60に印加されるずり流動場が互いに逆方向に印加されることが好ましい。板状部材30,40のそれぞれからポリマー溶液60に印加されるランダムずり流動場の大きさが互いに略同一となりミクロドメインの配向度が均一になり易いことから、板状部材30,40の運動方法、運動条件は、運動方向を除いて互いに略同一であることが好ましい。   The plate members 30 and 40 are moved so that the directions of movement are opposite to each other, and shear flow fields applied to the polymer solution 60 from the plate members 30 and 40 are applied in opposite directions. preferable. Since the magnitude of the random shear flow field applied to the polymer solution 60 from each of the plate members 30 and 40 is substantially the same and the orientation degree of the microdomains tends to be uniform, the method of moving the plate members 30 and 40 The movement conditions are preferably substantially the same except for the movement direction.

板状部材30,40の運動方法、運動条件は、ポリマー溶液60の厚さに応じて適宜選択されるが、ポリマー溶液60の厚さが0.01〜1.00mmである場合には、上記平均配向度P、エッジ急峻度G及びピークの対称性Sが上記好ましい範囲に調整され易くなる観点から以下のように調整されることが好ましい。振動運動の振動数は、0.1〜5s−1が好ましく、0.5〜2s−1がより好ましい。回転運動の回転数は、0.1〜50rpmが好ましく、1〜25rpmがより好ましい。旋回運動の回転数は、1〜100rpmが好ましく、2〜60rpmがより好ましい。ポリマー溶液60の温度は室温(25℃)が好ましく、流動場の印加時間は5〜120分が好ましい。 The motion method and motion conditions of the plate-like members 30 and 40 are appropriately selected according to the thickness of the polymer solution 60. When the thickness of the polymer solution 60 is 0.01 to 1.00 mm, The average orientation degree P, the edge steepness G, and the peak symmetry S are preferably adjusted as follows from the viewpoint of being easily adjusted to the preferable ranges. Frequency of oscillatory motion is preferably 0.1~5s -1, 0.5~2s -1 are more preferred. The rotational speed of the rotational motion is preferably 0.1 to 50 rpm, and more preferably 1 to 25 rpm. 1-100 rpm is preferable and, as for the rotation speed of a turning motion, 2-60 rpm is more preferable. The temperature of the polymer solution 60 is preferably room temperature (25 ° C.), and the flow field application time is preferably 5 to 120 minutes.

アニール工程では、配向性付与工程においてミクロドメインが配向制御されたミクロ相分離構造を有するポリマー溶液をアニールして、ミクロ相分離構造の規則性を向上させる。アニール温度としては、15〜100℃が好ましい。   In the annealing step, the polymer solution having the microphase separation structure in which the orientation of the microdomain is controlled in the orientation imparting step is annealed to improve the regularity of the microphase separation structure. The annealing temperature is preferably 15 to 100 ° C.

光重合工程では、ポリマー溶液に活性光線(例えば紫外線)を照射することにより、ポリマー溶液中の光重合性モノマーを重合させる。これにより、配向性付与工程において形成されたミクロ相分離構造を保持しつつ簡易な方法でミクロ相分離構造を固定化することができる。   In the photopolymerization step, the photopolymerizable monomer in the polymer solution is polymerized by irradiating the polymer solution with active light (for example, ultraviolet rays). Thereby, the micro phase separation structure can be fixed by a simple method while maintaining the micro phase separation structure formed in the orientation imparting step.

以上により、図1に示すようにポリマー鎖9aを主成分とするラメラ状のミクロドメイン7aと、ポリマー鎖9bを主成分とするラメラ状のミクロドメイン7bとが交互に積層されたミクロ相分離構造5を有する高分子フォトニック結晶3を備える光学素子1を得ることができる。   As described above, as shown in FIG. 1, a lamellar microdomain 7a having a polymer chain 9a as a main component and a lamellar microdomain 7b having a polymer chain 9b as a main component are alternately laminated. The optical element 1 including the polymer photonic crystal 3 having 5 can be obtained.

本実施形態に係る光学素子1の製造方法では、配向性付与工程において、互いに対向する主面30aと主面40aとの間に、ブロック共重合体と光重合開始剤と光重合性モノマーとを含有するポリマー溶液60を介在させた状態で、主面30a及び主面40aに略平行な互いに異なる方向に板状部材30,40をポリマー溶液60に対して相対移動させて、ランダムずり流動場をポリマー溶液60に対して印加する。これにより、ミクロ相分離構造5におけるラメラ状のミクロドメインのそれぞれが、主面30a及び主面40aに対して略平行に配向制御される。   In the manufacturing method of the optical element 1 according to the present embodiment, in the orientation imparting step, a block copolymer, a photopolymerization initiator, and a photopolymerizable monomer are provided between the main surface 30a and the main surface 40a facing each other. With the polymer solution 60 contained, the plate-like members 30 and 40 are moved relative to the polymer solution 60 in different directions substantially parallel to the main surface 30a and the main surface 40a to generate a random shear flow field. Apply to polymer solution 60. Thereby, the orientation of each of the lamellar microdomains in the microphase-separated structure 5 is controlled substantially parallel to the main surface 30a and the main surface 40a.

そして、光重合工程において、ポリマー溶液60中の光重合性モノマーを重合させることにより、配向性付与工程で得られたミクロ相分離構造5の配向状態を保持しつつミクロ相分離構造5を固定化して高分子フォトニック結晶3を得ることができる。本実施形態に係る光学素子1の製造方法では、ミクロドメイン7a,7bのそれぞれが主面30a及び主面40aに対して略平行に配向制御されるため、ミクロドメインが結晶の主面に対して充分に略平行に配向していない領域を含む従来のブロック共重合体を用いたフォトニック結晶の光学素子に比して光学特性を向上させることができる。   Then, in the photopolymerization step, the photopolymerizable monomer in the polymer solution 60 is polymerized to fix the microphase separation structure 5 while maintaining the orientation state of the microphase separation structure 5 obtained in the orientation imparting step. Thus, the polymer photonic crystal 3 can be obtained. In the method for manufacturing the optical element 1 according to the present embodiment, the orientation of each of the microdomains 7a and 7b is controlled to be substantially parallel to the main surface 30a and the main surface 40a. Optical characteristics can be improved as compared with a photonic crystal optical element using a conventional block copolymer including a region that is not sufficiently oriented substantially in parallel.

また、本実施形態に係る光学素子1の製造方法では、ポリマー溶液60に対してランダムずり流動場を印加し、ブロック共重合体が自己組織化することでミクロ相分離構造5が形成される。これにより、トップダウン加工によりフォトニック結晶を形成する場合と比較して、フォトニック結晶の製造コストを大幅に低減させることができる。   In the method for manufacturing the optical element 1 according to this embodiment, a random shear flow field is applied to the polymer solution 60, and the block copolymer self-assembles to form the microphase separation structure 5. Thereby, compared with the case where a photonic crystal is formed by top-down processing, the manufacturing cost of a photonic crystal can be reduced significantly.

本発明は上述の実施形態に限られず、様々な変形態様が可能である。例えば、光学素子としては、ラマン分光装置や蛍光顕微鏡用途のノッチフィルタ、ダイクロイックミラーの他、レーザー共振器が挙げられる。   The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made. For example, examples of the optical element include a laser resonator in addition to a Raman spectroscope, a notch filter for use in a fluorescence microscope, and a dichroic mirror.

上述の実施形態では、板状部材30,40やスペーサ50の開口50aは円形状であるがこれに限られるものではなく、例えば矩形状であってもよい。   In the above-described embodiment, the openings 50a of the plate-like members 30 and 40 and the spacer 50 are circular, but are not limited to this, and may be rectangular, for example.

上述の実施形態では、互いに対向する2つの板状部材30,40を用いているが、3つ以上の板状部材を用いてポリマー溶液60にランダムずり流動場を印加してもよい。例えば、ポリマー溶液の上に板状部材を2つ配置し、それぞれの板状部材を動かしてポリマー溶液60にランダムずり流動場を印加してもよい。   In the above-described embodiment, the two plate members 30 and 40 facing each other are used, but a random shear flow field may be applied to the polymer solution 60 using three or more plate members. For example, two plate members may be disposed on the polymer solution, and each plate member may be moved to apply a random shear flow field to the polymer solution 60.

以下、本発明に関して実施例を挙げて具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example is given and this invention is demonstrated concretely, this invention is not limited to these.

<実施例1>
(フィルム作製)
まず、ブロック共重合体として、ポリスチレン−b−ポリ(tert−ブチルメタクリレート)(PS−b−P(t−BMA))(重量平均分子量1.0×10[g/mol]、PS:P(t−BMA)=38:62[vol%])を真空下リビングアニオン重合により合成した。次に、光重合性モノマーである1,6−ビス(アクリロイルオキシ)ヘキサンと、可塑剤であるフタル酸ジオクチルとを質量比70:30で含有する混合溶媒に、上記ブロック共重合体を混合物の全質量基準で15質量%となるように溶解させて混合物を得た。また、1,6−ビス(アクリロイルオキシ)ヘキサンの含有量に対して0.3質量%となるように、光重合開始剤としてIRGACURE651(チバ・スペシャリティ・ケミカルズ社製)を混合物に添加してポリマー溶液を得た。
<Example 1>
(Film production)
First, as a block copolymer, polystyrene-b-poly (tert-butyl methacrylate) (PS-bP (t-BMA)) (weight average molecular weight 1.0 × 10 6 [g / mol], PS: P (T-BMA) = 38: 62 [vol%]) was synthesized by living anionic polymerization under vacuum. Next, the block copolymer is mixed into a mixed solvent containing 1,6-bis (acryloyloxy) hexane as a photopolymerizable monomer and dioctyl phthalate as a plasticizer in a mass ratio of 70:30. It was dissolved so that it might become 15 mass% on the basis of total mass, and the mixture was obtained. In addition, IRGACURE651 (manufactured by Ciba Specialty Chemicals) was added to the mixture as a photopolymerization initiator so that the content was 0.3% by mass relative to the content of 1,6-bis (acryloyloxy) hexane. A solution was obtained.

厚さ0.3mm、開口部内径40mmのリング状スペーサを円形の石英ガラス板(直径50mm、厚さ1.0mm)の主面上に配置した後、上記ポリマー溶液をスペーサの開口部内に滴下した。続いて、上記と同様の円形の石英ガラス板をスペーサ上に配置し、ポリマー溶液を石英ガラス板で上下に挟み、円形の膜状に展開させた。   A ring-shaped spacer having a thickness of 0.3 mm and an opening inner diameter of 40 mm was placed on the main surface of a circular quartz glass plate (diameter 50 mm, thickness 1.0 mm), and then the polymer solution was dropped into the spacer opening. . Subsequently, a circular quartz glass plate similar to the above was placed on the spacer, and the polymer solution was sandwiched between the quartz glass plates up and down to be developed into a circular film shape.

次に、ポリマー溶液を挟んだ2つの石英ガラス板のそれぞれを主面に平行な面内において異なる方向にランダムに動かし、ポリマー溶液(室温:25℃)にランダムずり流動場を印加してミクロ相分離構造のラメラ状のミクロドメインを配向させた。2つの石英ガラス板は、互いに逆向きの旋回運動(上記方法(d)(図7(a)))によってポリマー溶液に対して相対移動させた。旋廻運動の回転数は10rpmであり、流動場の印加時間は5分であった。   Next, each of the two quartz glass plates sandwiching the polymer solution is randomly moved in different directions in a plane parallel to the main surface, and a random shear flow field is applied to the polymer solution (room temperature: 25 ° C.) to thereby form a microphase. The lamellar microdomains of the separated structure were oriented. The two quartz glass plates were moved relative to the polymer solution by swirling motions in opposite directions (the above method (d) (FIG. 7A)). The rotational speed of the rotating motion was 10 rpm, and the application time of the flow field was 5 minutes.

ずり流動場印加後、余分な流動が加わらないように24時間、室温でアニールして、ミクロ相分離構造の規則性を向上させた。その後、5分間紫外線をポリマー溶液に照射(1820μW/cm)してポリマー溶液を硬化させ、ミクロドメインが配向した高分子フォトニック結晶フィルムを得た。高分子フォトニック結晶フィルムの厚さは0.3mmであった。 After applying the shear flow field, the regularity of the microphase separation structure was improved by annealing at room temperature for 24 hours so as not to add excessive flow. Thereafter, the polymer solution was cured by irradiating the polymer solution with ultraviolet rays for 5 minutes (1820 μW / cm 2 ) to obtain a polymer photonic crystal film in which microdomains were oriented. The thickness of the polymer photonic crystal film was 0.3 mm.

<比較例1>
(フィルム作製)
まず、実施例1と同様の手法によりポリマー溶液を得た後、実施例1と同様の手法によりポリマー溶液を石英ガラス板で上下に挟み、円形の膜状に展開させた。
<Comparative Example 1>
(Film production)
First, after a polymer solution was obtained by the same method as in Example 1, the polymer solution was sandwiched between quartz glass plates by the same method as in Example 1 and developed into a circular film shape.

次に、ポリマー溶液を挟んだ2つの石英ガラス板を互いに反対方向に同心円状に回転させて、ポリマー溶液(室温:25℃)に1軸方向のずり流動場を印加してミクロ相分離構造のラメラ状のミクロドメインを配向させた。回転運動の回転数は5rpmであり、流動場の印加時間は5分であった。   Next, two quartz glass plates sandwiching the polymer solution are rotated concentrically in opposite directions, and a uniaxial shear flow field is applied to the polymer solution (room temperature: 25 ° C.) to form a microphase separation structure. Lamellar microdomains were oriented. The rotational speed of the rotary motion was 5 rpm, and the application time of the flow field was 5 minutes.

ずり流動場印加後、余分な流動が加わらないように24時間、室温でアニールして、ミクロ相分離構造の規則性を向上させた。その後、5分間紫外線をポリマー溶液に照射(1820μW/cm)してポリマー溶液を硬化させ、ミクロドメインが配向した高分子フォトニック結晶フィルムを得た。高分子フォトニック結晶フィルムの厚さは0.3mmであった。 After applying the shear flow field, the regularity of the microphase separation structure was improved by annealing at room temperature for 24 hours so as not to add excessive flow. Thereafter, the polymer solution was cured by irradiating the polymer solution with ultraviolet rays for 5 minutes (1820 μW / cm 2 ) to obtain a polymer photonic crystal film in which microdomains were oriented. The thickness of the polymer photonic crystal film was 0.3 mm.

(TEM観察)
実施例1及び比較例1の高分子フォトニック結晶フィルムを厚み方向に切断し、フィルム断面を透過型電子顕微鏡(TEM)により観察した。図8は、実施例1の高分子フォトニック結晶フィルムのTEM写真である。図9は、比較例1の高分子フォトニック結晶フィルムのTEM写真であり、図9(b)は図9(a)の領域Dの拡大図である。
(TEM observation)
The polymer photonic crystal films of Example 1 and Comparative Example 1 were cut in the thickness direction, and the film cross section was observed with a transmission electron microscope (TEM). FIG. 8 is a TEM photograph of the polymer photonic crystal film of Example 1. FIG. 9 is a TEM photograph of the polymer photonic crystal film of Comparative Example 1, and FIG. 9B is an enlarged view of region D in FIG. 9A.

図8,9に示すように、実施例1及び比較例1のいずれにおいてもラメラ状のミクロドメインが形成されていることが確認された。ランダムずり流動場を印加して配向制御した実施例1の高分子フォトニック結晶フィルムでは、欠陥がなく周期構造が揃っていることが確認された。一方、図9に示すように、回転ずり流動場のみを印加して配向制御した比較例1の高分子フォトニック結晶フィルムでは、欠陥が複数観察され、周期構造が乱れていることが確認された。   As shown in FIGS. 8 and 9, it was confirmed that in both Example 1 and Comparative Example 1, lamellar microdomains were formed. It was confirmed that the polymer photonic crystal film of Example 1 in which orientation control was performed by applying a random shear flow field had no defects and had a periodic structure. On the other hand, as shown in FIG. 9, in the polymer photonic crystal film of Comparative Example 1 in which only the rotational shear flow field was applied to control the orientation, a plurality of defects were observed, and it was confirmed that the periodic structure was disordered. .

(配向度評価)
実施例1及び比較例1の高分子フォトニック結晶フィルムを用いて、ミクロ相分離構造(屈折率周期構造)におけるミクロドメインの配向度を大型放射光施設SPring8 ビームライン19B2の小角X線散乱測定によって評価した。フィルムを厚み方向に切断した断面に垂直にX線を入射して散乱パターンを測定した。
(Orientation evaluation)
Using the polymer photonic crystal film of Example 1 and Comparative Example 1, the degree of orientation of the micro domain in the micro phase separation structure (refractive index periodic structure) was measured by small angle X-ray scattering measurement of the large synchrotron radiation facility SPring8 beam line 19B2. evaluated. A scattering pattern was measured by making X-rays incident on a cross section of the film cut in the thickness direction.

図10は、高分子フォトニック結晶フィルムの2次元散乱パターンを示す図面である。図11は、高分子フォトニック結晶フィルムにおける散乱強度の方位角依存性を示す図面である。なお、図11において方位角0°は、フィルムの主面と垂直な方向(図10の子午線方向)に相当する。図10(a)及び図11(a)は、実施例1の高分子フォトニック結晶フィルムの測定結果である。図10(b)及び図11(b)は、比較例1の高分子フォトニック結晶フィルムの測定結果である。図10に示されるように、実施例1の高分子フォトニック結晶フィルムは、比較例1の高分子フォトニック結晶フィルムに比べて、方位角方向の乱れが少ないことが確認された。   FIG. 10 is a drawing showing a two-dimensional scattering pattern of a polymer photonic crystal film. FIG. 11 is a drawing showing the azimuth dependence of scattering intensity in a polymer photonic crystal film. In FIG. 11, the azimuth angle of 0 ° corresponds to the direction perpendicular to the main surface of the film (the meridian direction in FIG. 10). 10 (a) and 11 (a) are measurement results of the polymer photonic crystal film of Example 1. FIG. FIG. 10B and FIG. 11B are measurement results of the polymer photonic crystal film of Comparative Example 1. As shown in FIG. 10, it was confirmed that the polymer photonic crystal film of Example 1 was less disturbed in the azimuth direction than the polymer photonic crystal film of Comparative Example 1.

実施例1の高分子フォトニック結晶フィルムについて、図11(a)で示される散乱強度の方位角依存性から平均配向度Pを上記式(1)から算出したところ、0.98であった。フィルムの主面に対するラメラ状のミクロドメインの配向度が優れていることが確認された。   With respect to the polymer photonic crystal film of Example 1, the average orientation degree P was calculated from the above formula (1) from the azimuth angle dependency of the scattering intensity shown in FIG. It was confirmed that the degree of orientation of lamellar microdomains with respect to the main surface of the film was excellent.

比較例1の高分子フォトニック結晶フィルムについて、図11(b)で示される散乱強度I(μ)の方位角μ依存性から平均配向度Pを上記式(1)から算出したところ、0.86であった。フィルムの主面に対するラメラ状のミクロドメインの配向度が十分でないことが確認された。   With respect to the polymer photonic crystal film of Comparative Example 1, when the average orientation degree P was calculated from the above formula (1) based on the azimuth angle μ dependence of the scattering intensity I (μ) shown in FIG. 86. It was confirmed that the degree of orientation of lamellar microdomains with respect to the main surface of the film was not sufficient.

(光学特性評価)
実施例1及び比較例1の高分子フォトニック結晶フィルムの透過スペクトルを測定して、偏光透過特性を評価した。透過スペクトルの測定には、分光光度計U−3500((株)日立製)を用いた。
(Optical property evaluation)
The transmission spectra of the polymer photonic crystal films of Example 1 and Comparative Example 1 were measured to evaluate the polarization transmission characteristics. A spectrophotometer U-3500 (manufactured by Hitachi, Ltd.) was used for measurement of the transmission spectrum.

得られた透過スペクトルを図12に示す。図12中、実線Eは実施例1の透過スペクトルであり、破線Fは比較例1の透過スペクトルである。実施例1の高分子フォトニック結晶フィルムでは、比較例1の高分子フォトニック結晶フィルムに比べて、高波長側及び低波長側のいずれにおいても急峻なピークが得られていることが確認された。実施例1の高分子フォトニック結晶フィルムでは、ミクロドメインが均一に配向していることが確認された。   The obtained transmission spectrum is shown in FIG. In FIG. 12, the solid line E is the transmission spectrum of Example 1, and the broken line F is the transmission spectrum of Comparative Example 1. In the polymer photonic crystal film of Example 1, it was confirmed that a steep peak was obtained on both the high wavelength side and the low wavelength side as compared with the polymer photonic crystal film of Comparative Example 1. . In the polymer photonic crystal film of Example 1, it was confirmed that the microdomains were uniformly oriented.

上記式(3)、(5)に基づき、実施例1の透過スペクトルにおけるピークのエッジ急峻度及び対称性を算出したところ、それぞれ1.1%及び1.1であった。実施例1では、波長選択性の高い優れた透過特性を有する高分子フォトニック結晶フィルムが作製されていることが確認された。   Based on the above formulas (3) and (5), the peak edge steepness and symmetry in the transmission spectrum of Example 1 were calculated to be 1.1% and 1.1, respectively. In Example 1, it was confirmed that a polymer photonic crystal film having excellent transmission characteristics with high wavelength selectivity was produced.

同様に、比較例1の透過スペクトルにおけるピークのエッジ急峻度及び対称性を算出したところ、それぞれ2.8%及び2.5であった。回転ずり流動場のみを印加した比較例1では、充分な透過特性を有する高分子フォトニック結晶フィルムが作製されていないことが確認された。   Similarly, the peak edge steepness and symmetry in the transmission spectrum of Comparative Example 1 were calculated to be 2.8% and 2.5, respectively. In Comparative Example 1 in which only the rotational shear flow field was applied, it was confirmed that a polymer photonic crystal film having sufficient transmission characteristics was not produced.

1…光学素子、3…高分子フォトニック結晶、3a…主面(第1の主面)、3b…主面(第2の主面)、5…ミクロ相分離構造、7a,7b…ミクロドメイン、30…板状部材(第1部材)、40…板状部材(第2部材)、30a,40a…主面、60…ポリマー溶液。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Optical element, 3 ... Polymer photonic crystal, 3a ... Main surface (1st main surface), 3b ... Main surface (2nd main surface), 5 ... Micro phase-separation structure, 7a, 7b ... Micro domain , 30 ... plate-like member (first member), 40 ... plate-like member (second member), 30a, 40a ... main surface, 60 ... polymer solution.

Claims (10)

互いに対向する第1の主面及び第2の主面を有する高分子フォトニック結晶フィルムを備え、
前記高分子フォトニック結晶フィルムが、ブロック共重合体を含有すると共に、ラメラ状のミクロドメインを含むミクロ相分離構造を有し、
前記ミクロドメインのそれぞれが、前記第1の主面及び前記第2の主面に対して略平行に配向しており、
下記式(1)で定義される前記ミクロドメインの平均配向度Pが0.92以上である、光学素子。

(式中、μは小角X線散乱測定における方位角を表し、<cos μ>は下記式(2)で定義される。)

(式中、I(μ)は前記方位角μにおける散乱強度を表す。)
With a high molecular photonic crystal film that have a first major surface and a second principal surface opposed to each other,
The polymer photonic crystal film contains a block copolymer and has a microphase separation structure including lamellar microdomains,
Each of the micro domains, are oriented substantially parallel to and against the first major surface and said second major surface,
Average orientation degree P of the microdomains which are defined by the following formula (1) is Ru der 0.92 or more, optical elements.

(In the formula, μ represents an azimuth angle in small-angle X-ray scattering measurement, and <cos 2 μ> is defined by the following formula (2).)

(In the formula, I (μ) represents the scattering intensity at the azimuth angle μ.)
前記第1の主面及び前記第2の主面に略垂直な複数の断面において、前記平均配向度Pの差が0〜0.05以内に収まる、請求項1に記載の光学素子。 Wherein the first major surface and substantially perpendicular plurality of cross-sectional to said second major surface, the difference between the average orientation degree P falls within 0 to 0.05, the optical element according to claim 1. 前記高分子フォトニック結晶フィルムの透過スペクトルが、下記式(3)で定義される傾斜Gが2.0%未満である波長帯域を阻止帯域と通過帯域との間に有する、請求項1又は2に記載の光学素子。

(式中、λ50は前記波長帯域において透過率50%を示す波長(nm)を表し、λは、前記阻止帯域及び前記波長帯域の境界の波長(nm)を表す。)
Transmission spectrum of the polymer photonic crystal film has between a wavelength band and the stop band and the pass band is the slope G is less than 2.0% defined by the following formula (3), according to claim 1 or 2 An optical element according to 1.

(Wherein, λ 50 represents a wavelength (nm) showing a transmittance of 50% in the wavelength band, and λ B represents a wavelength (nm) at the boundary between the stop band and the wavelength band.)
前記ブロック共重合体の重量平均分子量が8.0×10以上である、請求項1〜のいずれか一項に記載の光学素子。 The weight average molecular weight of the block copolymer is 8.0 × 10 5 or more, the optical element according to any one of claims 1-3. 前記高分子フォトニック結晶フィルムが、アクリレート及びメタクリレートからなる群より選ばれる少なくとも1種の光重合性モノマーを含む組成物を重合させて得られる高分子化合物を更に含有する、請求項1〜のいずれか一項に記載の光学素子。 The polymer photonic crystal film further contains a polymer compound obtained by polymerizing a composition containing at least one photopolymerizable monomer selected from the group consisting of acrylates and methacrylates of claim 1-4 The optical element as described in any one. 前記高分子フォトニック結晶フィルムが、フタル酸エステル、アジピン酸エステル、リン酸エステル、トリメリット酸エステル、クエン酸エステル、エポキシ化合物及びポリエステルからなる群より選ばれる少なくとも1種を更に含有する、請求項1〜のいずれか一項に記載の光学素子。 The polymer photonic crystal film further contains at least one selected from the group consisting of phthalic acid ester, adipic acid ester, phosphoric acid ester, trimellitic acid ester, citric acid ester, epoxy compound and polyester. The optical element according to any one of 1 to 5 . 互いに対向する第1部材の主面及び第2部材の主面の間に、ブロック共重合体と、光重合開始剤と、当該ブロック共重合体及び光重合開始剤を可溶な光重合性モノマーとを含有する溶液を介在させた状態で、前記第1部材の前記主面及び前記第2部材の前記主面に略平行な互いに異なる方向に前記第1部材及び前記第2部材を前記溶液に対して相対移動させて、ランダムずり流動場を前記溶液に対して印加する第1工程と、
前記第1工程の後、前記溶液に光を照射して前記光重合性モノマーを重合させ、ラメラ状のミクロドメインが前記第1部材の前記主面及び前記第2部材の前記主面に対して略平行に配向した高分子フォトニック結晶フィルムを得る第2工程と、を備え、
前記第1部材及び前記第2部材を前記溶液に対して相対移動させる方法が、一軸方向に振動運動させた後に他方向に振動運動させる方法、回転運動させつつ一軸方向に振動運動させる方法、一軸方向に振動運動させた後に回転運動させる方法、回転運動させた後に一軸方向に振動運動させる方法、旋回運動させる方法、又は、遊星運動させる方法である、光学素子の製造方法。
A block copolymer, a photopolymerization initiator, and a photopolymerizable monomer in which the block copolymer and the photopolymerization initiator are soluble between the main surface of the first member and the main surface of the second member facing each other. while interposing a solution containing the door, the first member and the main surface and the second member wherein the first member and the second member different directions substantially parallel to each other on the main surface of the solution A first step of applying a random shear flow field to the solution, relative to the solution;
After the first step, the solution is irradiated with light to polymerize the photopolymerizable monomer, lamellar microdomains are for the main face of the main surface and the second member of the first member A second step of obtaining a polymer photonic crystal film oriented substantially in parallel,
The method of moving the first member and the second member relative to the solution includes a method of oscillating in a uniaxial direction and then oscillating in a different direction, a method of oscillating in a uniaxial direction while rotating, a uniaxial A method of manufacturing an optical element, which is a method of rotationally moving after vibrating in a direction, a method of rotating in a uniaxial direction after rotating, a method of rotating, or a method of planetary motion.
前記ブロック共重合体の重量平均分子量が8.0×10以上である、請求項に記載の光学素子の製造方法。 The method for producing an optical element according to claim 7 , wherein the block copolymer has a weight average molecular weight of 8.0 × 10 5 or more. 前記光重合性モノマーが、アクリレート及びメタクリレートからなる群より選ばれる少なくとも1種である、請求項又はに記載の光学素子の製造方法。 The method for producing an optical element according to claim 7 or 8 , wherein the photopolymerizable monomer is at least one selected from the group consisting of acrylate and methacrylate. 前記溶液が、フタル酸エステル、アジピン酸エステル、リン酸エステル、トリメリット酸エステル、クエン酸エステル、エポキシ化合物及びポリエステルからなる群より選ばれる少なくとも1種を更に含有する、請求項のいずれか一項に記載の光学素子の製造方法。
Said solution of phthalic acid esters, adipic acid esters, phosphoric acid esters, trimellitic acid esters, citric acid esters, further contains at least one selected from the group consisting of an epoxy compound and polyester, any claim 7-9 A method for producing an optical element according to claim 1.
JP2010248879A 2010-11-05 2010-11-05 Optical element and manufacturing method thereof Active JP5897255B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010248879A JP5897255B2 (en) 2010-11-05 2010-11-05 Optical element and manufacturing method thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010248879A JP5897255B2 (en) 2010-11-05 2010-11-05 Optical element and manufacturing method thereof

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2012103277A JP2012103277A (en) 2012-05-31
JP5897255B2 true JP5897255B2 (en) 2016-03-30

Family

ID=46393801

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2010248879A Active JP5897255B2 (en) 2010-11-05 2010-11-05 Optical element and manufacturing method thereof

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5897255B2 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6278624B2 (en) * 2013-07-12 2018-02-14 株式会社日本触媒 Metal oxide particle-containing composition and optical member
DE102017105642A1 (en) * 2017-03-16 2018-09-20 Schott Ag Method for producing an optical filter

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3515445B2 (en) * 1999-09-30 2004-04-05 株式会社東芝 Method of forming micro patterns
JP2005060583A (en) * 2003-08-18 2005-03-10 Kansai Tlo Kk Method for producing block copolymer membrane having vertically oriented lamella structure
WO2007055041A1 (en) * 2005-11-10 2007-05-18 National University Corporation Kyoto Institute Of Technology Membrane of block copolymer with oriented cylinder structure and process for producing the same
JP5150838B2 (en) * 2006-07-06 2013-02-27 国立大学法人 名古屋工業大学 Giant grain manufacturing method of polymer block copolymer
GB0708695D0 (en) * 2007-05-04 2007-06-13 Univ Nottingham Fabrication of nanoparticles
US20090086208A1 (en) * 2007-09-27 2009-04-02 Massachusetts Institute Of Technology Broad wavelength range tunable photonic materials
JP2009255497A (en) * 2008-03-18 2009-11-05 Fujifilm Corp Micro phase separation structure on flexible substrate and its method for manufacturing
WO2009145204A1 (en) * 2008-05-30 2009-12-03 Canon Kabushiki Kaisha Block copolymer film and method of producing the same
JP5410776B2 (en) * 2009-02-16 2014-02-05 スタンレー電気株式会社 Display device

Also Published As

Publication number Publication date
JP2012103277A (en) 2012-05-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5699048B2 (en) Structural color body
US9382387B2 (en) Rapid self-assembly of block copolymers to photonic crystals
Luo et al. Poly (dimethylsiloxane-b-methyl methacrylate): A Promising Candidate for Sub-10 nm Patterning
JP5699046B2 (en) Structural color body
Lim et al. Dynamic swelling of tunable full-color block copolymer photonic gels via counterion exchange
US8507079B2 (en) Structural color body
Li et al. Semifluorinated aromatic side-group polystyrene-based block copolymers: bulk structure and surface orientation studies
Ahn et al. Hierarchical structure in nanoscale thin films of a poly (styrene-b-methacrylate grafted with POSS)(PS214-b-PMAPOSS27)
Baruth et al. Optimization of long-range order in solvent vapor annealed poly (styrene)-block-poly (lactide) thin films for nanolithography
Yoon et al. Optically transparent and high molecular weight polyolefin block copolymers toward self-assembled photonic band gap materials
US8580374B2 (en) Resin molded body
Lequieu et al. Complete photonic band gaps with nonfrustrated ABC bottlebrush block polymers
TW201202807A (en) Process for production of liquid crystal element, and liquid crystal element
Chiang et al. Large-area block copolymer photonic gel films with solvent-evaporation-induced red-and blue-shift reflective bands
Shin et al. Transition behavior of block copolymer thin films on preferential surfaces
Chen et al. Photocontrol over the disorder-to-order transition in thin films of polystyrene-block-poly (methyl methacrylate) block copolymers containing photodimerizable anthracene functionality
Faber et al. Hierarchical self-assembly in supramolecular double-comb diblock copolymer complexes
Wang et al. Ordering kinetics and alignment of block copolymer lamellae under shear flow
Karrock et al. Flexible photonic crystal membranes with nanoparticle high refractive index layers
JP5897255B2 (en) Optical element and manufacturing method thereof
Li et al. Synthesis of semicrystalline/fluorinated side-chain crystalline block copolymers and their bulk and thin film nanoordering
Nian et al. Self-Assembly of Flexible Linear–Semiflexible Bottlebrush–Flexible Linear Triblock Copolymers
Ishige et al. Fully liquid-crystalline ABA triblock copolymer of fluorinated side-chain liquid-crystalline A block and main-chain liquid-crystalline B block: Higher order structure in bulk and thin film states
Bae et al. Arrangement of block copolymer microdomains confined inside hemispherical cavities
Lu et al. Self-alignment of cylinder-forming silicon-containing block copolymer films

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20130620

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20140326

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20140422

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20140616

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20140701

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20140905

A911 Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911

Effective date: 20140912

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20151124

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20160302

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5897255

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250